Домашнее задание, страница 48 - гдз по физике 7 класс учебник Исаченкова, Громыко

Домашнее задание

В 1592 г. ученый Галилео Галилей (см. форзац 1) создал прибор, который можно считать родоначальником термометра. Он назывался термоскопом. Схема термоскопа представлена на рисунке 75. Уровень воды в трубке зависел от температуры воздуха в шарике.

Используя пластиковую бутылку (вместо шарика) и соломинку для сока, самостоятельно изготовьте термоскоп. Наблюдайте, как уровень воды в соломинке зависит от температуры воздуха в комнате, на улице. Чем, на ваш взгляд, неудобен данный прибор? Что у него общего с бытовым термометром?

Принцип работы самодельного термоскопа, изготовленного из пластиковой бутылки и соломинки, основан на явлении теплового расширения воздуха. Воздух, находящийся в бутылке, выступает в роли термометрического тела — вещества, реагирующего на изменение температуры.

При повышении температуры окружающего воздуха, воздух внутри бутылки нагревается и расширяется. Увеличившийся объем воздуха создает избыточное давление, которое выталкивает столбик воды в соломинке вниз. Следовательно, понижение уровня воды в соломинке свидетельствует о потеплении.

При понижении температуры окружающего воздуха, воздух в бутылке охлаждается и сжимается. Давление внутри бутылки становится меньше атмосферного давления снаружи. В результате внешнее атмосферное давление заталкивает воду из стакана в соломинку, и уровень воды в ней поднимается. Таким образом, повышение уровня воды в соломинке говорит о похолодании.

Наблюдая за таким прибором, можно заметить, что если вынести его из теплой комнаты на холодную улицу, уровень воды в соломинке поднимется. Если же занести его с улицы в теплое помещение, уровень воды, наоборот, опустится.

Данный прибор, термоскоп, имеет несколько существенных недостатков, которые делают его неудобным для точного измерения температуры:

1. Зависимость от атмосферного давления: Показания прибора зависят не только от температуры, но и от внешнего атмосферного давления. При изменении атмосферного давления уровень воды в трубке будет меняться, даже если температура остается постоянной. Это вносит большую погрешность в измерения. Современные термометры герметичны и не зависят от давления.
2. Отсутствие шкалы: Термоскоп позволяет лишь качественно судить об изменении температуры (стало теплее или холоднее), но не дает возможности измерить ее количественно. У него нет стандартизированной шкалы с градусами (как, например, шкала Цельсия).
3. Ограниченный диапазон и испарение жидкости: Использование воды в качестве рабочей жидкости ограничивает диапазон измерений. Вода замерзает при $0^\circ\text{C}$ и интенсивно испаряется, особенно в открытом сосуде, что со временем изменяет количество воды и давление паров в колбе, искажая показания.
4. Низкая портативность и инерционность: Прибор довольно громоздкий и неудобный для переноски. Кроме того, из-за большого объема воздуха и массы воды он обладает значительной инерционностью, то есть медленно реагирует на изменения температуры.

Ответ: Основные неудобства термоскопа — это его зависимость от атмосферного давления, отсутствие измерительной шкалы, ограниченный диапазон работы и медленная реакция на изменение температуры.

Несмотря на свои недостатки, термоскоп имеет фундаментальное сходство с современными бытовыми термометрами:

• Принцип действия: В основе работы как термоскопа, так и большинства бытовых термометров (например, спиртовых) лежит один и тот же физический принцип — явление теплового расширения тел. При нагревании вещество (газ в термоскопе, жидкость в термометре) расширяется, а при охлаждении — сжимается.
• Назначение: Оба прибора предназначены для одной и той же цели — для регистрации изменений температуры окружающей среды.
• Наличие термометрического тела: В обоих приборах есть рабочее вещество (термометрическое тело), изменение объема которого и служит индикатором температуры. В термоскопе это воздух, в жидкостном термометре — подкрашенный спирт.

Ответ: Общим для термоскопа и бытового термометра является использование принципа теплового расширения вещества для определения изменений температуры.