Естествознание

Термодинамическое равновесие. Проводя измерения, следует помнить, что любой термометр всегда измеряет свою собственную температуру. Когда термометр приводят в контакт с изучаемым телом, мы видим разного рода изменения: движется "столбик" жидкости, меняется объем газа и т.п. Но вскоре между термометром и телом обязательно наступает термодинамическое равновесие - состояние, при котором остаются постоянными все величины, характеризующие эти тела: их массы, объемы, давления и так далее. С этого момента термометр показывает не только свою температуру, но и температуру изучаемого тела.

Итак, температура - физическая величина, измеряемая термометром и одинаковая у всех тел или частей тела, находящихся в термодинамическом равновесии друг с другом. Например, на рисунке термодинамическое равновесие между термометром и водой еще не наступило. Поэтому говорить о температуре воды преждевременно, необходимо подождать.

Градуирование термометра. Так называется процедура разметки шкалы будущего термометра в единицах температуры. Проведем ее на примере шкалы Цельсия. Поместим будущий термометр в смесь воды и льда. Поставим отметку 0 °С. Затем опустим его в воду, кипящую при нормальном атмосферном давлении. Поставим отметку 100 °С. Расстояние между отметками разделим на 100 равных частей. Образуются деления - по 1 °С.

Вообразим, что мы самостоятельно изготовили два термометра: ртутный и спиртовой. Поместим их в стакан с кипятком. Разумеется, они покажут 100 °С. Подождем, пока вода остынет до 50 °С по ртутному термометру. Удивительно, но спиртовой термометр будет показывать температуру на 7 градусов ниже! Это объясняется тем, что ртуть и спирт неодинаково расширяются (или сжимаются) при одинаковом изменении температуры.

Итак, в физике опытным путем установлено, что тепловое расширение различных веществ неодинаково.

Выбор термометрического тела. Как мы только что выяснили, показания термометров зависят от выбора термометрического тела: ртути, спирта и так далее. Для преодоления этого недостатка ученые стали искать другие способы измерения температуры. Их внимание остановилось на газонаполненном термометре.

Выяснилось, что газовый термометр показывает одно и то же значение температуры вне зависимости от того, каким газом заполнен. Например, водородом, кислородом, воздухом или каким-либо другим газом. Поэтому газовый термометр условились считать эталонным (образцовым) термометром.

Показаниям газового термометра наиболее близко соответствуют показания ртутных термометров. Они гораздо более компактны, и потому очень широко применяются в технике. Спиртовые термометры менее точны, но зато и более безопасны (ртуть ядовита). Их используют, главным образом, в быту.