Газовые термометры: из чего состоят, принцип действия и устройство

Термометром принято называть специальный прибор, который служит для измерения температуры тела, воздуха, воды и других предметов или состояний. Считается, что это устройство изобрел итальянский ученый Галилео Галилей.

Современным внешним видом термометр обязан немецкому физику Даниелю Габриелю Фаренгейту, а шведский астроном и метеоролог Андерс Цельсий в середине XVIII века ввел две постоянные точки: тающего люда и кипящей воды. Наконец, в середине XIX века английский физик лорд Кельвин предложил создать абсолютную шкалу температур, где ноль не зависел бы от свойств воды или вещества, которое заполняет прибор. В настоящее время существуют термометры различных видов: жидкостные, газовые, механические, электронные, оптические, инфракрасные. В этой статье мы рассмотрим газовые устройства.

В 1787 году французский физик и математик Жак Александр Сезар Шарль установил закон изменения давления массы идеального газа с изменением температуры при постоянном объеме. Его формулировка звучит так: «Давление газа фиксированной массы и фиксированного объема прямо пропорционально абсолютной температуре газа». Этот закон получил название «закон Шарля». Он и лег в основу работы данного устройства.

Газовый термометр состоит из баллона, заполненного гелием, азотом или водородом, тонкой соединительной трубки и устройства для измерения давления. В таком приборе изменение показателей газа в баллоне будет пропорционально изменению давления.

Для того чтобы определить температуру какого-либо тела, его следует привести в контакт с термометром. Баллон помещают в среду, температуру которой измеряют. После установления теплового равновесия измеряют давление газа в термометре. Температуру, которая соответствует нулевому давлению идеального газа, называют абсолютным нулем, а показания, отсчитываемые от абсолютного нуля – абсолютной температурой.

Газовый термометр является сложным прибором. При измерении следует учитывать следующие моменты: отклонения свойств используемого вещества от идеального, изменение объема баллона при перемене температуры, наличие примесей, диффузию, сорбцию (поглощение вещества из окружающей среды) и десорбцию используемого вещества поверхностью баллона, распределение температуры вдоль соединительной трубки.

К плюсам использования такого термометра относятся следующие факты.

• Широкий интервал измерения. С помощью данного прибора можно измерять температуру, приближающуюся к абсолютному нулю, и показания от 2 до 1300 Кельвин (от -263 до +1000 градусов Цельсия). Такой измеритель идеален для снятия показаний температур горячих веществ.
• Точность. Данный вид термометра точнее жидкостного, его показания считаются самыми точными – точность от 0,003 до 0,02. Идеальные показатели обеспечиваются использованием гелия или водорода.
• Слабая зависимость от химической природы газа. Температура мало зависит от химической природы вещества, которое находится внутри прибора. Поэтому показания разных газовых термометров при измерении температуры одного и того же тела почти не отличаются друг от друга.
• Простота в использовании. Данный вид устройства несложен в применении.
• Надежность. Является очень надежным прибором.
• Доступная цена. Газовые термометры, как правило, стоят не очень дорого.

Газовые термометры применяются для определения температуры веществ. Они часто используются в специализированных лабораториях. Им пользуются для того, чтобы измерять работу других приборов. Такой вид термометра применяется для относительного измерения при помощи сдвоенного устройства. Газовые термометры широко востребованы в таких научных отраслях, как физика и химия.

Сравнение жидкостного и газового термометров смотрите далее.