Я познаю мир. Естествознание - [44]

Температура теплой воды может быть точно измерена при помощи термометра, а наши ощущения сильно зависят от условий, в которых мы находились до опыта.

Большая часть термометров работают на основе простого свойства вещества расширяться при нагревании и сжиматься при охлаждении. В самом первом термометре в качестве расширяющегося и сжимающегося вещества был взят обычный воздух. Изобрел этот термометр Галилей. Этот прибор представлял собой перевернутую колбу с воздухом, опущенную горлышком в сосуд с водой. Прибор был не точен, так как показания термометра зависели от изменчивой погоды, а именно, атмосферного давления. Но и это был важный шаг вперед. Термометр Галилея позволил измерить температуру у больного лихорадкой. Так, впервые, был «поставлен градусник».

Опыт с водой разной температуры

В следующих моделях термометров вместо воздуха стали использовать подкрашенную жидкость. Но и эти приборы работали плохо, потому что жидкость испарялась. По настоящему термометры вошли в жизнь человека, когда кто–то из учеников Галилея догадался запаять трубку с жидкостью.

Термометр Галилея. Рисунок из рукописи

Существуют разные термометры для разных целей. Большая часть термометров, которые можно встретить в доме человека, содержат спирт или ртуть. Спирт замерзает при минус 112°С, а кипит – при плюс 72°С. Это делает спирт удобным для уличных термометров. Ртуть замерзает при минус 39°С, поэтому ртутные термометры нельзя использовать в районах с очень низкими температурами, но зато кипит при 357°, поэтому очень удобна для измерения высоких температур. Так устроены химические и технические термометры для измерения высоких температур.

В медицинских термометрах тоже используется ртуть, что делает их более точными. Для того чтобы ртуть в термометре не опускалась, пока врач подносит термометр к глазам, отверстие в нижней части термометра, около шарика, очень маленькое. Поэтому, чтобы заставить ртуть пройти сквозь него перед тем, как мерить температуру тела, нужно термометр встряхнуть.

Одни из самых точных термометров – газовые. Они позволяют измерять температуру от абсолютного нуля до полутора тысяч градусов.

Расширение и сжатие

Если вещество нагреть, то оно расширяется, то есть увеличивается в объеме. Для некоторых сторон нашей жизни это довольно важное свойство, которое нужно учитывать при прокладке железных дорог, ведь в жаркий день горячий металл расширяется, а на морозе сжимается. Поэтому зимой расстояние между рельсами увеличивается, и сильнее стук колес.

Вода тоже расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении, но с водой не все просто. При охлаждении вода продолжает сжиматься до температуры 4°С, а при дальнейшем охлаждении начинает расширяться. Когда замерзает пруд, вода в нем сжимается до тех пор, пока не достигнет 4°С. После этого те слои, которые продолжают охлаждаться, снова поднимаются вверх, потому что обладают меньшей плотностью, чем 4–градусная, самая плотная вода. Если по–прежнему холодно, верхние слои воды замерзают и расширяются еще сильнее. Поэтому лед плавает на поверхности, а не опускается на дно. В крупных водоемах вода никогда не промерзает до дна, потому что самые плотные слои воды опускаются на дно и всю зиму сохраняют температуру 4°С. Если бы этого не происходило, озера промерзали бы до дна, а за лето не успевали бы оттаивать, и жизнь в воде не смогла бы существовать.

Как сделать шкалу для термометра?

Как же добиться того, чтобы все термометры показывали температуру по единой шкале? Для того чтобы сделать такую шкалу, надо сверить термометр с двумя точками температуры, которая не меняется. Впервые за такие точки приняли температуру снега в холодный зимний день и температуру тела животного. Потом стали в качестве верхней точки брать температуру расплавленного масла. Но температуры снега, животного и растопленного масла не могут считаться точными. Температура снега зависит от того, насколько морозно на улице. Разные виды животных имеют различную температуру, которая, кроме того, меняется в зависимости от состояния животного, а масло плавится при разных температурах в зависимости от его состава.

В 1714 году в Америке Фаренгейт ввел новую шкалу температуры. Нижней точкой шкалы стала температура смеси льда, нашатыря и соли. Фаренгейт думал, что это самая низкая температура, которую можно получить искусственно, и обозначил ее за ноль, а температуру человеческого тела – 99°. По этой шкале вода замерзает при 32°F, а кипит при 212°F. Латинская буква F обозначает, что измерения проведены по шкале Фаренгейта.

В наши дни большая часть термометров наполняется ртутью, а за ноль принимают точку замерзания воды; 100° считают точкой кипения воды. Эту шкалу ввел в употребление шведский ученый Цельсий в 1742 году, и она называется стоградусной.

Что такое теплоемкость?

В конце весны и начале лета мы с нетерпением ждем дня, когда вода в озере нагреется, чтобы можно было купаться. Земля нагревается гораздо быстрее, чем вода. Ветер перемешивает воду, заставляя холодные глубинные слои воды подниматься на поверхность, и снова нужно тепло для их нагрева. Земля же нагревается с поверхности. Если вырыть достаточно глубокую яму, можно достичь слоя, в котором температура сохраняется постоянной.