明察秋毫(3)

幼时的记忆是那么的深刻,有一次父亲买了几支温度计,那真是一个神奇的物体,哥哥拿着它在煤油灯上烤了一下,红色的液柱就迅速上升,离开煤油灯液柱又会下降,太好玩了。第二天哥哥上学了,我一人在家按捺不住好奇心,拿着一支温度计在灯上烤,看着液柱升升降降,开心极了!乐极生悲,最后一次看到液柱快要升到顶点时,我拿开了,可液柱没有下降的意思,只听一声“啪”,下面的玻璃泡破了,我吓得魂都快掉了,用小手去抚摸着那个已经坏了的温度计,那红色的液柱再也回来去了,我闯祸了。记得妈妈先知道了这事,已经六神无主的我告诉妈妈我将温度计玩坏了,妈妈说就说是鸡飞撞坏掉的,可我不敢说谎。父亲知道后,我的影响是挨了一顿臭揍。母亲已经不在,父亲也已年迈,儿时的记忆总是那么清晰,每每看到温度计时,总会想起这一幕,总有感慨!

学了多年物理之后,终于知道为什么温度计里的红色液柱会升升降降了,终于知道温度是怎么回事了。温度是物体的冷热程度,人可以皮肤通过感觉冷热,但无法通过比较对冷热进行量化,那怎么办呢?用转化的方法来量化温度,物质的某一物理属性只要随温度的改变而发生单调的、显著的变换,就可以根椐这种变换来判断温度的变化,根据这个原理可制作出温度计。因为变化在肉眼看来并不明显,所以在制作过程需要将微小的变化放大,这是制作许多仪器的一个原则,只有将微小的变化放大,才能便于判断。

常见的液体温度的结构和原理:普通的液体温度包括体温计在内,都是利用液体的热胀冷缩的性质制成的,一般的液体都可以作为测温液体,比如酒精、煤油等,为了便于观察,这些液体还需要进行染色。但水不能作为测温液体,因为水有一个反膨胀特性,即在0到4摄氏度之间,水温升高而体积反而收缩,在4摄氏度以上水温升高体积变大,故水不适合作为测温液体。普通液体温度计的结构相似,下面一个大的玻璃泡里装有测温液体,玻璃泡上方与毛细管相连,当测温液体的体积因温度变化而发生膨胀或收缩时,尽管实际的变化率很小,但由于毛细管内径太小,那怕是微小的变化也能看得出液柱的升降,另外毛细管外的玻璃制成圆形,起到放大镜的作用,所以很便于观察。毛细管越细,液柱的升降就越明显,所以测量精度就越高。在毛细管的玻璃外壳上再刻上刻度,一支温度计就制作而成了。摄氏温标是这样规定的,将标准气压下纯水沸腾的温度规定为100摄氏度,而稳定的冰水混合物的温度规定为0摄氏度。体温计的结构与普通温度计的区别在于液泡与毛细管之间有一个C形环,这样可以保证体温计离开人体后水银柱不会随着温度的降低而下降,这样读数方便,第二个区别就是体温计的毛细管更细,这样精度就更高,另外的区别就是体温计读数时更清晰。

其它种类的温度计的工作原理与液体温度计类似,举两个例子:

1、气体温度计:多用氢气或氦气作测温物质,因为氢气和氦气的液化温度很低,接近于绝对零度,故它的测温范围很广。这种温度计精确度很高,多用于精密测量。

工作原理图

如图:温包内气体压力随温度的改变而改变,微小的变化带动弹簧管形变,最终微小的变化通针的放大作用,来显示温度的数值。设计很巧妙吧,这个仪器仍然是利用了将微小变化放大的原理。

2、电阻温度计:分为金属电阻温度计和半导体电阻温度计,都是根据电阻值随温度的变化这一特性制成的。金属温度计主要有用铂、金、铜、镍等纯金属的及铑铁、磷青铜合金的;半导体温度计主要用碳、锗等。电阻温度计使用方便可靠,已广泛应用。它的测量范围为-260℃至600℃左右。

电阻温度计

如图:将热电阻接入电路中,热电阻的阻值会随温度的变化而变化,所以电路中的电流会随阻值的改变而改变,指示仪表其实就是一个电流表,作用就是将电流显示出来,电流值对应着相应的阻值,也就对应了相应的温度。

其它种类的温度计还有很多,如温差电偶温度计、双金属温度计、指针式温度计、压力式温度计、转动式温度计、半导体温度计、热电偶温度计、光测高温计、液晶温度计等。它们的原理相似,即温度导致某一物理属性发生单调变化,那么就可以根据属性值来判断温度的大小,具体制造中用到将微小变化放大的原理。

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