Termometr Galileusza

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
(Przekierowano z Termoskop)
Skocz do: nawigacja, szukaj
Ujednoznacznienie Ten artykuł dotyczy współczesnego wskaźnika temperatury . Zobacz też: termoskop Rumforda – wskaźnik różnicy temperatur opracowany przez Benjamina Thompsona hrabiego Rumforda w XIX wieku.
Termoskop wskazujący temperaturę około 20 °C

Termometr Galileusza (nazywany też termoskopem) – przyrząd służący do oceny temperatury otoczenia; odpowiednio wykalibrowany może pełnić funkcję termometru. Obecnie używany głównie w charakterze gadżetu, zabawki lub elementu sztuki użytkowej.

Wykorzystuje zależność gęstości cieczy od temperatury (związaną z rozszerzalnością cieplną cieczy) oraz prawo Archimedesa. Niemal wszystkie powszechnie dostępne ciecze w zakresie temperatur zbliżonych do pokojowej (od kilku do kilkudziesięciu stopni Celsjusza) wykazują spadek gęstości wraz ze wzrostem temperatury[1]. Zanurzone w takiej cieczy ciało o stałej objętości i odpowiednio dobranej masie może – zależnie od temperatury (a bezpośrednio – gęstości cieczy) – pływać lub tonąć. Zjawisko to jest podstawą działania termometru (termoskopu) Galileusza.

Budowa[edytuj | edytuj kod]

Najważniejszą częścią termoskopu jest przezroczysty zbiornik (najczęściej szklany) wypełniony przezroczystą cieczą. W zbiorniku znajduje się pewna liczba szczelnie zamkniętych pływaków, których masa i objętość są tak dobrane, by każdy pływak przy innej temperaturze pozostawał w równowadze hydrostatycznej – tonąc dla temperatur wyższych i wypływając na wierzch naczynia dla niższych. Dla ułatwienia odczytu pływaki mogą być wyposażone w etykietki z zapisanymi temperaturami wypływania lub różnić się kolorami, często pochodzącymi od wypełniającej pływak zabarwionej cieczy. Zbiornik zazwyczaj jest zamknięty, co zapobiega wylewaniu się płynu podczas przenoszenia, a przede wszystkim, pozwala uniknąć zanieczyszczenia płynu, które mogłoby zniekształcić wskazania termoskopu[2].

Historia[edytuj | edytuj kod]

W 1593 roku Galileusz zbudował pierwszy nowożytny termoskop. Była to modyfikacja opracowanego około roku 210 p.n.e. wskaźnika temperatury, którego wynalezienie przypisuje się Filonowi z Bizancjum. Przyrząd ten wykorzystywał rozszerzalność cieplną powietrza zamkniętego w rurce częściowo wypełnionej winem. Galileusz zmodyfikował to urządzenie, stosując zamiast rurki rozszerzającą się ku górze – bańkę. Poprawił w ten sposób czułość wskaźnika, choć nie uniknął jego podstawowej wady – istotny wpływ na wskazania przyrządu miało ciśnienie atmosferyczne. Termoskop w wersji z zanurzonymi w nim pływakami tej wady nie ma. Galileusz odkrył zasadę działania ulepszonego termoskopu, jednak pierwsze praktyczne konstrukcje powstały później, a ich twórcy pozostają nieznani[3][4].

Zastosowania[edytuj | edytuj kod]

Wskazania termoskopu Galileusza są niedokładne i zazwyczaj ograniczone do stosunkowo wąskiego przedziału temperatur. Aby wskazywać temperatury od 18 do 26 °C z dokładnością 2 °C, przyrząd ten musi zawierać co najmniej pięć pływaków (zob. fotografia obok). Oprócz niewielkiej dokładności, wadami termoskopu są również duże rozmiary i masa - związana z nią wysoka pojemność cieplna uniemożliwia obserwację szybkich zmian temperatury, na przykład po przeniesieniu przyrządu do innego pomieszczenia.

Do wypełnienia zbiornika można użyć cieczy o współczynniku rozszerzalności termicznej istotnie większym od wody (np. etanol, izopropanol czy czterochlorek węgla); takie rozwiązanie ułatwia kalibrację przyrządu, zwiększając jednak koszt wykonania i powodując zagrożenie zatruciem lub pożarem w przypadku rozlania.

Ze względu na niską dokładność pomiaru współczesne zastosowania termometrów Galileusza ograniczają się do pokazów fizycznych, zabawek, ozdób i gadżetów.

gęstość ρ i współczynnik rozszerzalności β
różnych cieczy i materiałów w temp. 20 °C
materiał ρ [kg/m³] 1000×β [1/K]
woda 998 0,207
etanol 789 1,10
izopropanol 785 1,06
czterochlorek węgla 1594 1,23
szkło[5] 2200-2600 0,01-0,03


Przypisy

  1. Zob. na przykład zależność gęstości wody od temperatury.
  2. Jeśli w zbiorniku z wodą znalazłaby się nawet nawet niewielka ilość zanieczyszczeń (np. soli lub kwasu), to gęstość roztworu zwiększyłaby się w stopniu niweczącym wskazania, np. w temperaturze pokojowej 1% roztwór NaCl ma gęstość ok. 1004 kg/m³, a 2% ok. 1011
  3. Thermometer (early history)
  4. Kronika techniki. Warszawa: Wydawnictwo "Kronika", 1992, s. 110. ISBN 83-900331-3-5.
  5. Parametry szkła, w tym jego współczynnik rozszerzalności, także wpływają na zachowanie się pływaków w zbiorniku; z tabeli widać jednak, że wpływ ten jest kilkadziesiąt do stu razy mniejszy, niż wpływ parametrów wypełniającej zbiornik cieczy.

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]

Commons in image icon.svg
Zobacz hasło termoskop w Wikisłowniku