Номер 2, страница 29 - гдз по физике 10 класс учебник Громыко, Зенькович

2. Можно ли обычным жидкостным термометром измерить температуру капли воды?

Решение

Измерить температуру капли воды обычным жидкостным (например, ртутным или спиртовым) термометром корректно невозможно. Это связано с fundamentalьным принципом измерения температуры и соотношением теплоёмкостей термометра и капли.

1. Принцип измерения. Любой контактный термометр работает, вступая в тепловой контакт с измеряемым телом. Между ними происходит теплообмен до тех пор, пока их температуры не выровняются и не наступит состояние теплового равновесия. Термометр показывает именно эту конечную, равновесную температуру.

2. Теплоёмкость. Чтобы измерение было точным, термометр должен забрать у тела (или отдать ему) пренебрежимо малое количество теплоты, чтобы не изменить его первоначальную температуру. Это возможно только в том случае, если теплоёмкость измеряемого тела значительно больше теплоёмкости самого термометра (или, по крайней мере, его чувствительной части — резервуара с жидкостью).

3. Анализ системы «термометр — капля».

• Масса и объём капли воды очень малы. Следовательно, её теплоёмкость ($C_{капли} = c_{воды} \cdot m_{капли}$) ничтожна.
• Масса и объём резервуара обычного бытового или лабораторного термометра (сделанного из стекла и содержащего ртуть или спирт) во много раз превышают массу капли. Поэтому его теплоёмкость ($C_{термометра}$) значительно больше теплоёмкости капли: $C_{термометра} \gg C_{капли}$.

Когда мы попытаемся измерить температуру капли, произойдёт следующее: система «термометр + капля» придёт в состояние теплового равновесия. Но так как теплоёмкость термометра несоизмеримо больше, именно он будет определять итоговую температуру. Капля практически мгновенно примет температуру, очень близкую к первоначальной температуре самого термометра. Например, если горячую каплю попытаться измерить холодным термометром, капля отдаст всю свою теплоту и остынет, а температура термометра почти не изменится.

Таким образом, термометр покажет не исходную температуру капли, а фактически свою собственную температуру, лишь незначительно изменённую контактом с каплей. Измерение будет в корне неверным. Для измерения температуры таких малых объектов используют бесконтактные методы (например, с помощью пирометра) или специальные микротермометры (термопары) с очень низкой теплоёмкостью.

Ответ: нет, обычным жидкостным термометром измерить температуру капли воды нельзя, так как сам процесс измерения значительно изменит её температуру, и показания прибора будут неверными.