Термометр

Термометр, прибор для измерения температуры (см. теплота), состоящий обычно из небольшого резервуара с жидкостью или газом и сообщающейся с ним очень тонкой капилляры, по бокам которой нанесены деления – градусы; при нагревании и охлаждении резервуара столбик жидкости в капилляре перемещается, и по его перемещению судят о температуре среды, в которую помещен резервуар термометра.

Для нанесения шкалы пользуются свойством дистиллированной воды замерзать и кипеть при совершенно постоянных температурах (под нормальным атмосферным давлением). Погружая термометр в тающий лед, делают на его шкале одну отметку, которая на термометре Цельсия и Реомюра обозначается 0°; погружая же его в пары дистиллированной воды, делают другую отметку, которой на шкале Цельсия соответствует 100°, а на шкале Реомюра 80°; промежуток между этими двумя точками делится по Цельсию на 100 частей, а по Реомюру на 80. Шкала Цельсия употребляется при научных, медицинских и технических измерениях. В Англии и ее доминионах и в Северной Америке до сих пор сохранилась самая старая шкала, предложенная в 1723 г. Фаренгейтом. Точка 0° на ней соответствует температуре, которую принимает охлаждающая смесь из равных частей снега и нашатыря. Промежуток между этой точкой и точкой кипения дистиллированной воды делится на 212 частей. Тогда точке таяния льда будет соответствовать 32°, а точке кипения воды 212°. Нетрудно перейти от показаний одной шкалы к показаниям других. Так, пусть показания шкалы Цельсия будут t°С, Реомюра — t°R и Фаренгейта — t°F. Тогда:

Для наполнения резервуара термометра чаще всего применяется ртуть, так как ее точка замерзания лежит довольно низко, при —39° С, а точка кипения довольно высоко, при 357° С. Чтобы ртуть не окислялась и не засоряла капилляры, из последней удаляется воздух, что достигается нагреванием ртути до тех пор, пока она не заполнит всей капилляры и не начнет вытекать из нее; после этого капилляра сверху запаивается, и термометр подвергается градуировке. Стеклянные резервуары и капилляры обладают свойством не сразу принимать окончательный объем после их охлаждения: стекло продолжает сжиматься в течение целых месяцев. Поэтому, термометры, предназначенные для точных измерений, снабжаются шкалой и поступают в употребление лишь через значительный срок после их изготовления. (О термометрическом стекле см. стекло, ХLI, ч. 4, 506).

Для измерения низких температур употребляются термометры спиртовые и термометры с толуолом; для измерения высоких температур употребляются пирометры (см. пирометрия). При научных исследованиях пользуются также газовыми термометрами, которые обладают целым рядом преимуществ. В старых конструкциях газового термометра о температуре судили по изменению объема газа, заключенного в резервуаре и находящегося под постоянным давлением; в новейших конструкциях чаще наблюдают изменение давления газа, заключенного в постоянном объеме.

Рис. 1.

Конструкции термометров. На рис. 1 представлен обыкновенный ртутный термометр. Он обладает тем преимуществом, что его теплоемкость доведена до минимума: деления нанесены на наружной поверхности самой капиллярной трубки с толстыми стенками. Иногда шкалу термометра (плоскую, обычно из молочного стекла) защищают снаружи особой трубкой, внутрь которой впаяны все части термометра; такая защита шкалы от внешних воздействий сопряжена с увеличением «тепловой инерции» прибора, так что для нагревания его до некоторой температуры требуется больший промежуток времени, чем для нагревания обычного термометра.

Рис. 2.

На рис. 2 изображен максимальный и минимальный термометр Сикса. Он состоит из изогнутой трубки, в нижней части которой находится ртуть. Левое колено трубки над ртутью и резервуар d, которым оно кончается, наполнены спиртом, расширение и сжатие которого заставляет перемещаться оба верхних конца ртутных столбиков (над правым концом также налито немного спирта). Над последними внутри трубки помещены два легких стальных стерженька а и b с пружинками, упирающимися в стенки трубки. При повышении температуры, ртуть в правом колене поднимается и подталкивает вверх правый стерженек b. Если, затем, температура начнет падать, то стерженек b останется на месте, благодаря трению. Нетрудно понять, что его нижний конец будет всегда показывать максимальную температуру, которая была в данном пространстве за рассматриваемый промежуток времени. Аналогично этому, стерженек а в левом колене покажет температуру минимальную. Для того, чтобы после записи максимальной и минимальной температур привести оба стерженька в соприкосновение с концами ртутных столбиков, их передвигают с помощью небольшого магнита. Тогда термометр становится готовым для новых измерений.

Рис. 3

Термометр медицинский — разновидность максимального термометра; он должен удовлетворять трем специальным условиям:1) позволять измерять температуру с точностью до 0,1°С, 2) достаточно быстро принимать температуру человеческого тела и 3) позволять легко дезинфицировать его поверхность. Чтобы при отсчете делений термометр сохранил максимальное показание, которое он давал, соприкасаясь с телом, внутри капилляры устраивается особое приспособление, отрывающее столбик ртути тотчас же, как только ртуть в резервуаре начнет сжиматься при охлаждении. Таким образом, верхний конец столбика ртути остается на том же самом месте, до которого он дошел первоначально. Для разрывания столбика устраивают резкое сужение в месте перехода капилляры в резервуар, или в дно резервуара впаивают тонкую стеклянную иглу, доходящую до устья капилляры, или же разбивают капилляру у нижнего конца на две еще более тонкие трубочки (рис. 3).

Рис. 4. Рис. 5

Для быстрого измерения температуры воздуха (например, в экспедиции) часто употребляют пращевой термометр: этот термометр вращают в горизонтальной плоскости на длинной бечевке, наподобие пращи. Шарик его, рассекая воздух, быстро принимает среднюю температуру последнего.

Рис. 6.

При измерении максимальных и минимальных температур в глубоких слоях морской воды применяются океанографические термометры — видоизмененные термометры Сикса, отличающиеся от обычных «максимум-минимум термометров» тем, что в них шарик с толуолом защищен от внешнего давления воды: в противном случае термометр давал бы неправильные показания на больших глубинах, где давление воды достигает сотен атмосфер и где, поэтому, объем незащищенного шарика мог бы заметно уменьшаться. Для измерения температуры воды на определенных глубинах пользуются поворотным термометром. На рис. 4 и 5 представлен один из таких термометров системы Негрети и Замбра. Опустив этот термометр на лине до желаемой глубины, начинают быстро выбирать линь; при таком поднятии кверху, сопротивляющаяся движению винтовых крылышек С вода приводит во вращение их и винт F, конец которого Р (рис. 5) удерживает в неустойчивом равновесии латунный цилиндр, окружающий термометр. Сделав несколько оборотов, винт освобождает этот цилиндр, и последний опрокидывается, поворачиваясь на 180° вокруг оси Н (рис. 5). Здесь особая защелка KR внезапно останавливает цилиндр и, благодаря толчку и инерции ртути, ртутный столбик разрывается в изогнутом месте  В капилляры (рис. 6). Чем длиннее оторвавшийся столбик (падающий на конец капилляры, который из верхнего делается нижним), тем выше, следовательно, была температура на данной глубине. На одном лине можно, очевидно, укрепить несколько таких термометров и одновременно измерить температуру на нескольких глубинах. Почвенный термометр см. геотермометр. Электрические термометры см. термоэлектричество. Дифференциальный термометр см. термоскоп.

В. Шулейкин.