ボトルから XNUMX 万分の XNUMX 度。図面、説明

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ボトルからはXNUMX万分のXNUMX度。子ども科学実験室

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現代の科学機器は非常に敏感で、非常に正確に動作します。個々の素粒子の質量、原子や分子の大きさが測定されます。温度計は XNUMX 分の XNUMX 度の温度差を捉えることができ、干渉計は原子の直径程度の変位を検出することができます。これらの高精度の機器はすべて非常に複雑で、最新の技術革新に基づいています。

しかし、ガラス瓶、空のボールペン、定規、粘土などの最も単純なアイテムを使って、非常に高感度の温度計を作ることができます。

（クリックして拡大）

棒から筆記用の結び目を切り取り、チューブにインクを一滴たらし、ボトルの首に差し込み、粘土でしっかりと貼り付けます。バイアルに対する重力の影響を排除するために、ボトルを横に置きます。ミリ単位の目盛りがついた定規を隣に置きます。デバイスの準備が完了しました。

しばらくの間、容器の温度が変化し、空気と熱平衡に達するため、インクの泡は右または左に移動します。それが止まるのを待って、それがどの部門で終了したかに注目してみましょう。では、ボトルの壁を指で触ってみましょう。中の空気が加熱されて膨張し、チューブ内の気泡が数ミリメートル移動します。デバイスの精度を評価してみましょう。

ガス体積の変化の温度依存性は、1802 年にフランスの物理学者で化学者のジョゼフ・ルイ・ゲイ＝リュサックによって導かれた次の公式によって決定されます。

V_t=V(1 + B_tdt)、

ここで、V はガスの初期体積です。 V_t - 温度が dt によって変化したときに占有され始めた体積。 B_t\u1d 273/XNUMX 度^-1 - 気体の体積膨張係数。ある質量の気体を加熱すると体積がその体積の 1/273 だけ増加することを示します V₀、この質量は 0°C で占められます。ただし、純粋に定性的な実験を行っているため、気体 V の体積を値 V に減らすには、₀ 意味がありません。

ボトルからXNUMX万分のXNUMX度
ゲイ・リュサック方程式のグラフは、温度 T - 体積 V という座標の直線です。温度が低下すると、気体の体積は減少し、-273,15 °C の温度でゼロになります。実際には、これは不可能です。気体分子には体積があり、もちろん、どこにも行くことはできません。

ゲイ・リュサックの式から、

dt = (V_t -V)/VB_t = dV/VB_t.

ガラスびんの容積V₀ = 750 cm³ = 7,5 * 10³ ミリメートル³、チューブ内径 D = 1,5 mm、半径 r = 0,7 mm、穴面積 s ~ 1 mm²。気泡の位置が 1 mm の精度で決定できるため、容器内の空気の体積の 1 mm の変化を検出できると仮定します。³。これらの値を上記の式に代入すると、dt = 1*273/7,5*10 が得られます。³ = 3,64 * 10^-4 度。

これは非常に高い精度です。しかし、残念ながら、そのような装置を実際に使用することには問題があります。大気圧の変化、隙間風による冷却、その他の外部からの影響にも同様に敏感に反応します。

著者: S.トランコフスキー

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