История создания термометра: как придумали первый градусник? Реферат термометр

Реферат Термометр

Реферат на тему:

План:

Введение
• 1 История изобретения
• 2 Жидкостные термометры
• 3 Механические термометры
• 4 Электрические термометры
• 5 Оптические термометры
• 6 Статьи

Введение

Термо́метр (греч. θέρμη — тепло; μετρέω — измеряю) — прибор для измерения температуры воздуха, почвы, воды и так далее. Существует несколько видов термометров:

• жидкостные
• механические
• электрические
• оптические
• газовые

1. История изобретения

Изобретателем термометра принято считать Галилея: в его собственных сочинениях нет описания этого прибора, но его ученики, Нелли и Вивиани, засвидетельствовали, что уже в 1597 г. он устроил нечто вроде термобароскопа (термоскоп). Галилей изучал в это время Герона Александрийского, у которого уже описано подобное приспособление, но не для измерения степеней тепла, а для поднятия воды при помощи нагревания. Термоскоп представлял собой небольшой стеклянный шарик с припаянной к нему стеклянной трубкой. Шарик слегка нагревали и конец трубки опускали в сосуд с водой. Через некоторое время воздух в шарике охлаждался, его давление уменьшалось и вода под действием атмосферного давления поднималась в трубке вверх на некоторую высоту h. В дальнейшем при потеплении давление воздуха в шарике увеличивалось и уровень воды в трубке понижался при охлаждении же вода в ней поднималась. При помощи термоскопа можно было судить только об изменении степени нагретости тела: числовых значений температуры он не показывал, так как не имел шкалы. Кроме того, уровень воды в трубке зависел не только от температуры, но и от атмосферного давления. В 1657 г. термоскоп Галилея был усовершенствован флорентийскими учеными. Они снабдили прибор шкалой из бусин и откачали воздух из резервуара (шарика) и трубки. Это позволило не только качественно, но и количественно сравнивать температуры тел. Впоследствии термоскоп был изменен: его перевернули шариком вниз, а в трубку вместо воды налили спирт и удалили сосуд. Действие этого прибора основывалось на расширении мер, в качестве «постоянных» точек брали температуры наиболее жаркого летнего и наиболее холодного зимнего дней. Изобретение термометра также приписывают лорду Бэкону, Роберт Фладду, Санкториусу, Скарпи, Корнелию Дреббелю (Cornelius Drebbel), Порте и Саломону де Каус, писавшим позднее и частью имевшим личные сношения с Галилеем. Все эти термометры были воздушные и состояли из сосуда с трубкой, содержащего воздух, отделённый от атмосферы столбиком воды, они изменяли свои показания и от изменения температуры, и от изменения атмосферного давления.

Ртутный медицинский термометр

Термометр Галилея

Термометры с жидкостью описаны в первый раз в 1667 г. «Saggi di naturale esperienze fatte nell’Accademia del Cimento», где о них говорится как о предметах, давно изготовляемых искусными ремесленниками, которых называют «Confia», разогревающими стекло на раздуваемом огне лампы и выделывающими из него удивительные и очень нежные изделия. Сначала эти термометры наполняли водой, и они лопались, когда она замерзала; употреблять для этого винный спирт начали по мысли великого герцога тосканского Фердинанда II. Флорентийские термометры не только изображены в «Saggi», но сохранились в нескольких экземплярах до нашего времени в Галилеевском музее, во Флоренции; их приготовление описывается подробно.

Сначала мастер должен был сделать деления на трубке, соображаясь с её относительными размерами и размерами шарика: деления наносились расплавленной эмалью на разогретую на лампе трубку, каждое десятое обозначалось белой точкою, а другие чёрными. Обыкновенно делали 50 делений таким образом, чтобы при таянии снега спирт не опускался ниже 10, а на солнце не поднимался выше 40. Хорошие мастера делали такие термометры настолько удачно, что все они показывали одно и то же значение температуры при одинаковых условиях, однако такого не удавалось достигнуть, если трубку разделяли на 100 или 300 частей, чтобы получить большую точностью. Наполняли термометры посредством подогревания шарика и опускания конца трубки в спирт, заканчивали наполнение при помощи стеклянной воронки с тонко оттянутым концом, свободно входившим в довольно широкую трубку. После регулирования количества жидкости, отверстие трубки запечатывали сургучом, называемым «герметическим». Из этого ясно, что эти термометры были большими и могли служить для определения температуры воздуха, но были ещё неудобны для других, более разнообразных опытов, и градусы разных термометров были не сравнимы между собою.

В 1703 г. Амонтон (Guillaume Amontons) в Париже усовершенствовал воздушный термометр, измеряя не расширение, а увеличение упругости воздуха, приведённого к одному и тому же объёму при разных температурах подливанием ртути в открытое колено; барометрическое давление и его изменения при этом принимались во внимание. Нулём такой шкалы должна была служить «та значительная степень холода», при которой воздух теряет всю свою упругость (то есть современный абсолютный нуль), а второй постоянной точкой — температура кипения воды. Влияние атмосферного давления на температуру кипения ещё не было известно Амонтону, а воздух в его термометре не был освобождён от водяных газов; поэтому из его данных абсолютный нуль получается при −239,5° по шкале Цельсия. Другой воздушный термометр Амонтона, выполненный очень несовершенно, был независим от изменений атмосферного давления: он представлял сифонный барометр, открытое колено которого было продолжено кверху, снизу наполнено крепким раствором поташа, сверху нефтью и оканчивалось запаянным резервуаром с воздухом.

Современную форму термометру придал Фаренгейт и описал свой способ приготовления в 1723 г. Первоначально он тоже наполнял свои трубки спиртом и лишь под конец перешёл к ртути. Нуль своей шкалы он поставил при температуре смеси снега с нашатырём или поваренной солью, при температуре «начала замерзания воды» он показывал 32°, а температура тела здорового человека во рту или под мышкой была эквивалентна 96°. Впоследствии он нашёл, что вода кипит при 212° и эта температура была всегда одна и та же при том же стоянии барометра.

Окончательно установил обе постоянные точки, тающего льда и кипящей воды, шведский физик Цельсий в 1742 г., но первоначально он ставил 0° при точке кипения, а 100° при точке замерзания, и принял обратное обозначение лишь по совету М. Штёрмера. Сохранившиеся экземпляры термометров Фаренгейта отличаются тщательностью исполнения. Однако более удобной оказалась «перевернутая» шкала, на которой температуры таяния льда обозначили 0 С, а температуру кипения 100 С. Таким термометров впервые пользовались шведские ученые ботаник К. Линней и астроном М. Штремер. Этот термометр получил широкое распространение.

Работы Реомюра в 1736 г. хотя и повели к установлению 80° шкалы, но были скорее шагом назад против того, что сделал уже Фаренгейт: термометр Реомюра был громадный, неудобный в употреблении, а его способ разделения на градусы был неточным и неудобным.

После Фаренгейта и Реомюра дело изготовления термометров попало в руки ремесленников, так как термометры стали предметом торговли.

Советский ртутный термометр

В 1848 г. английский физик Вильям Томсон (лорд Кельвин) доказал возможность создания абсолютной шкалы температур, нуль которой не зависит от свойств воды или вещества, заполняющего термометр. Точкой отсчета в «шкале Кельвина» послужило значение абсолютного нуля: — 273, 15 С. При этой температуре прекращается тепловое движение молекул. Следовательно, становится невозможным дальнейшее охлаждение тел.

2. Жидкостные термометры

Жидкостные термометры основаны на принципе изменения объёма жидкости, которая залита в термометр (обычно это спирт или ртуть), при изменении температуры окружающей среды.

В связи с запретом применения ртути во многих областях деятельности ведется поиск альтернативных наполнений для бытовых термометров. Например, такой заменой может стать сплав галинстан.

3. Механические термометры

Механический термометр

Оконный механический термометр

Термометры этого типа действуют по тому же принципу, что и жидкостные, но в качестве датчика обычно используется металлическая спираль или лента из биметалла.

4. Электрические термометры

Медицинский электрический термометр

Принцип работы электрических термометров основан на изменении сопротивления проводника при изменении температуры окружающей среды.

Электрические термометры более широкого диапазона основаны на термопарах (контакт между металлами с разной электроотрицательностью создаёт контактную разность потенциалов, зависящую от температуры).

Домашняя метеостанция

Наиболее точными и стабильными во времени являются термометры сопротивления на основе платиновой проволоки или платинового напыления на керамику. Наибольшее распространение получили PT100 (сопротивление при 0 °C — 100Ω) PT1000 (сопротивление при 0 °C — 1000Ω) (IEC751). Зависимость от температуры почти линейна и подчиняется квадратичному закону при положительной температуре и уравнению 4 степени при отрицательных (соответствующие константы весьма малы, и в первом приближении эту зависимость можно считать линейной). Температурный диапазон −200 — +850 °C.

Отсюда, RT сопротивление при T °C, R0 сопротивление при 0 °C, и константы (для платинового сопротивления) —

• см. Эффект Пельтье

5. Оптические термометры

Оптические термометры позволяют регистрировать температуру благодаря изменению уровня светимости, спектра и иных параметров (см. Волоконно-оптическое измерение температуры) при изменении температуры. Например, инфракрасные измерители температуры тела.

6. Статьи

• Термометр медицинский

wreferat.baza-referat.ru

прибор для измерения температуры воздуха

Термометр представляет собой специальный прибор, предназначенный для измерений текущей температуры конкретной среды при контакте с ней.

В зависимости от вида и конструкции, он позволяет определить температурный режим воздуха, человеческого тела, почвы, воды и так далее.

 Современные термометры подразделяются на несколько видов. Градация приборов в зависимости от сферы применения выглядит так:

• бытовые;
• технические;
• исследовательские;
• метеорологические и другие.

Также термометры бывают:

• механические;
• жидкостные;
• электронные;
• термоэлектрические;
• инфракрасные;
• газовые.

Каждый из названных приборов имеет собственную конструкцию, отличается принципом действия и областью применения.

Принцип работы

Жидкостный термометр

В основе жидкостного термометра лежит эффект, известный как расширение жидкостных сред при нагревании. Чаще всего в подобных приборах используется спирт либо ртуть. Хотя от последней планомерно отказываются в виду повышенной токсичности этого вещества. И все же, данный процесс так до конца не завершен, так как ртуть обеспечивает лучшую точность измерений, расширяясь по линейному принципу.

В метеорологии чаще применяют приборы, наполненные спиртом. Объясняется это свойствами ртути: при температуре в +38 градусов и выше она начинает густеть. В свою очередь, спиртовые термометры позволяют оценивать температурный режим конкретный среды, нагретой 600 градусов. Ошибка измерений не превышает доли одного градуса.

Механический термометр

Механические термометры бывают биметаллическими или делатометрическими (стержневые, жезловые). Принцип действия таких приборов основан на способности металлических тел расширяться при нагреве. Они отличаются высокой надежностью и точностью. Себестоимость производства механических термометров относительно низка.

Данные приборы применяются в основном в специфическом оборудовании: сигнализациях, системах автоматического контроля температуры.

Газовый термометр

Принцип действия термометра основан на тех же свойствах, что и описанных выше приборов. За исключением того, что в данном случае применяется инертный газ. По сути, такой термометр представляет собой аналог манометра, который служит для измерения давления. Газовые приборы применяются для измерения высоко- и низкотемпературных сред (диапазон составляет -271 - +1000 градусов). Они обеспечивают относительно низкую точность, из-за чего от них отказываются при лабораторных измерениях.

Электронный термометр

Его еще называют термометр сопротивления. Принцип действия этого прибора основан на изменение свойств полупроводника, встроенного в конструкцию устройства, при повышении или понижении температуры. Зависимость у обоих показателей линейная. То есть, при повышении температуры растет сопротивление полупроводника, и наоборот. Уровень последнего напрямую зависит от типа металла, использованного при изготовлении прибора: платина «работает» при -200 - +750 градусов, медь при -50 - +180 градусов. Электрические термометры используются редко, так как при производстве очень сложно градуировать шкалу.

Инфракрасный термометр

Также известен как пирометр. Он представляет собой бесконтактный прибор. Пирометр работает с температурами от -100 до +1000 градусов. Его принцип действия основан на измерении абсолютного значения энергии, которую излучает конкретный объект. Максимальная дальность, на которой термометр способен оценивать показатели температуры, зависит от его оптической разрешения, типа прицельного устройства и других параметров. Пирометры отличаются повышенной безопасностью и точностью измерения.

Термоэлектрический термометр

Действие термоэлектрического термометра основано на эффекте Зеебека, посредством которого оценивается разница потенциалов при контакте двух полупроводников, в результате чего образуется электрический ток. Температурный диапазон измерений составляет -100 - +2000 грудусов.

xn----8sbiecm6bhdx8i.xn--p1ai

История создания термометров. Виды современных приборов для измерения температуры

Люди нуждались в измерении температуры физических тел и жидкостей с самого начала развития цивилизованного общества. История создания термометров начинается несколько столетий тому назад. Давайте же выясним, что представляли собой первые приборы данного назначения? Кем разработана шкала термометра? Когда был изобретен первый градусник?

Первый термометр

Прародителем современного градусника выступает довольно примитивный прибор, известный как термобароскоп. История создания термометров данной категории возвращает нас в далекий 1597 год. Именно в это время свои опыты, направленные на разработку устройства для измерения температуры жидкости, проводил знаменитый ученый Галилео Галилей.

Первый термометр являлся не более чем конструкцией, представленной тонкой стеклянной трубкой с небольшим шариком, запаянным в средину. В ходе измерений нижнюю часть термобароскопа подвергали нагреву. Затем трубку помещали в воду. Через несколько минут воздух в конструкции охлаждался, что приводило к понижению давления и перемещению шарика.

К сожалению, ученому так и не удалось доработать прибор. Он так и не нашел своего практического применения. Здесь отсутствовала шкала термометра. Поэтому с помощью устройства было невозможно определить точные числовые показатели температуры окружающего пространства либо жидкостей. Единственное, к чему оказался пригоден такой термометр – определение нагрева определенного вещества.

Доработка термобароскопа Галилея

История создания термометров не закончилась на тщетных попытках Галилея придумать практичный прибор. В 1657 году, спустя 60 лет после первых проб и ошибок изобретателя, его работу продолжила группа ученых из Флоренции. Им удалось устранить главные недостатки термобароскопа, в частности, внедрить в прибор шкалу градаций. Более того, флорентийские ученые создали вакуум в запаянной стеклянной трубке, что исключило зависимость получаемых результатов измерений от атмосферного давления.

Позже и этот прибор был доработан. Воду в нем заменили винным спиртом. Таким образом, термобароскоп начал функционировать по принципу расширения жидкости при изменении температурных показателей окружающей среды.

Термометр Санторио

В 1626 году итальянский ученый по фамилии Санторио из города Падуи, занимавший должность профессора местного университета, создал собственную версию термометра. С его помощью стало возможным измерение температуры тела человека. Однако устройство не нашло практического применения, поскольку было чрезвычайно громоздким. Прибор имел настолько внушительные размеры, что для проведения измерений его приходилось выносить во двор.

Что же представлял собой термометр Санторио? Прибор был выполнен в форме шара, соединенного с извилистой, продолговатой трубкой. На поверхности последней содержались деления шкалы. Свободное окончание трубки было заполнено жидким веществом с содержанием красителя. При помещении трубки в нагретое вещество, окрашенная внутренняя среда достигала того или иного значения на шкале.

Изобретение единой шкалы измерений

История создания термометров включает в себя не только попытки разработать эффективную конструкцию градусника, но и работу над созданием объективной измерительной шкалы. Один из самых удачных опытов в данной сфере удался немецкому физику Габриэлю Фаренгейту. Именно он в 1723 году решил заменить спирт в колбе термометров того времени ртутью.

Шкала ученого основывалась на наличии трех точек отсчета:

• первая соответствовала нулевому показателю температуры воды;
• вторая точка на шкале отвечала 32 градусам;
• третья – равнялась температуре кипения воды.

Окончательно усовершенствовал шкалу градусника шведский физик, метеоролог и астроном Андерс Цельсий. В 1742 году во время проведения опытов он решил разделить шкалу градусника на 100 равноценных интервалов. Верхний показатель соответствовал температуре таяния льда, а нижний – температуре кипения воды. Используется шкала Цельсия в градусниках по сей день. Однако сегодня ее устанавливают в измерительных приборах в перевернутом виде. Таким образом, верхний показатель в 100о теперь соответствует температуре кипения воды, а нижний берется за 0о.

В средине 19 века свою версию измерительной шкалы предложил английский физик Уильям Томсон, который более известен широкой аудитории, как лорд Кельвин. Стартовой точкой для измерений он выбрал температуру, что равнялась -273оС. Именно этот показатель исключает любые движения в молекулах физических объектов. Впрочем, приборы на основе такой шкалы нашли свое применение лишь в научной среде.

Виды и устройства термометров современного образца

Простейшим видом термометра является обычный стеклянный градусник, который сегодня имеется в каждом доме. Однако такие приспособления постепенно отходят в прошлое. Поскольку заполнение колбы прибора токсичной ртутью является не слишком безопасным решением для бытового применения.

В настоящее время в качестве альтернативы ртутным термометрам постепенно начинаются использоваться цифровые приспособления. Последние производят измерение температуры окружающей среды за счет работы встроенного электронного датчика.

Что касается последних изобретений, ими являются инфракрасные градусники и одноразовые термополоски. Однако такие приспособления пока не нашли широкого применения.

В заключение

Вот мы и выяснили, кто придумал термометр, какие виды приборов данной категории доступны пользователям сегодня. Напоследок хотелось бы отметить, что устройства данного назначения имеют особое значение для современного человека. Градусник не только дает возможность быстро определить температуру тела, но также позволяет узнать, насколько тепло или холодно на улице. Термометр, установленный в духовке, способствует соблюдению оптимальной температуры готовки блюд, а аналогичный прибор в холодильнике – контролю над качеством хранения продуктов.

fb.ru

История создания термометра: как придумали первый градусник? | Здоровая жизнь | Здоровье

Санторио был не только врачом, но и анатомом, и физиологом. Он работал в Польше, Венгрии и Хорватии, активно изучал процесс дыхания, «невидимые испарения» с поверхности кожи, проводил исследования в области обмена веществ человека. Опыты Санторио проводил на себе и, изучая особенности человеческого организма, создал множество измерительных приборов — прибор для измерения силы пульсации артерий, весы для наблюдения за изменениями массы человека и — первый ртутный термометр.

Три изобретателя

Сказать сегодня, кто же именно создал термометр — довольно сложно. Изобретение термометра приписывают сразу многим учёным — Галилею, Санторио, лорду Бэкону, Роберту Фладду, Скарпи, Корнелию Дреббелю, Порте и Саломону де Каус. Это обусловлено тем, что многие учёные одновременно работали над созданием аппарата, который бы помог измерить температуру воздуха, почвы, воды, человека.

В собственных сочинениях Галилея нет описания этого прибора, но его ученики засвидетельствовали, что в 1597 году он создал термоскоп — аппарат для поднятия воды при помощи нагревания. Термоскоп представлял собой небольшой стеклянный шарик с припаянной к нему стеклянной трубкой. Разница между термоскопом и современным термометром в том, что в изобретении Галилея вместо ртути расширялся воздух. Также по нему можно было судить только об относительной степени нагрева или охлаждения тела, так как шкалы у него ещё не было.

Санторио из Падуанского университета создал своё устройство, при помощи которого можно было измерять температуру человеческого тела, но прибор являлся столь громоздким, что его устанавливали во дворе дома. Изобретение Санторио имело форму шара и продолговатую извилистую трубку, на которой были нарисованы деления, свободный конец трубки заполняли подкрашенной жидкостью. Его изобретение датировано 1626 годом.

В 1657 году флорентийские учёные усовершенствовали термоскоп Галилео, в частности снабдив прибор шкалой из бусин.

Позже учёные пытались усовершенствовать прибор, но все термометры были воздушные, и их показания зависели не только от изменения температуры тела, но и от атмосферного давления.

Первые термометры с жидкостью были описаны в 1667 году, но они лопались, если вода замерзала, поэтому для их создания начали использовать винный спирт. Изобретение термометра, данные которого не обусловливались бы перепадами атмосферного давления, произошло благодаря экспериментам физика Эванджелиста Торричелли, ученика Галилея. В результате термометр наполнили ртутью, перевернули, добавили в шар подкрашенный спирт и запаяли верхний конец трубки.

Единая шкала и ртуть

Долгое время учёные не могли найти исходные точки, расстояние между которыми можно было бы разделить равномерно.

Как исходные данные для шкалы предлагались точки оттаивания льда и растопленного сливочного масла, температура кипения воды и некие абстрактные понятия вроде «значительная степень холода».

Термометр современной формы, наиболее пригодной для бытового применения, с точной шкалой измерения создал немецкий физик Габриэль Фаренгейт. Он описал свой способ создания термометра в 1723 году. Изначально Фаренгейт создал два спиртовых термометра, но потом физик принял решение применить в термометре ртуть. Шкала Фаренгейта базировалась на трёх установленных точках:

• первая точка равнялась нулю градусов — это температура состава воды, льда и нашатыря;
• вторая, обозначенная как 32 градуса, — это температура смеси воды и льда;
• третья — температура кипения воды, равнялась 212 градусам.

Позже шкала была названа в честь своего создателя. 

Но окончательно установил обе постоянные точки — тающего льда и кипящей воды — шведский астроном, геолог и метеоролог Андерс Цельсий в 1742 году. Он поделил расстояние между точками на 100 интервалов, цифрой 100 была отмечена точка таяния льда, а 0 — точка кипения воды.

Сегодня шкала Цельсия используется в перевёрнутом виде, то есть за 0° стали принимать температуру плавления льда, а за 100° — кипения воды.

По одной из версий, шкалу «перевернули» современники и соотечественники, ботаник Карл Линней и астроном Мортен Штремер, уже после смерти Цельсия, но по другой — Цельсий сам перевернул свою шкалу по совету Штремера.

В 1848 году английский физик Вильям Томсон (лорд Кельвин) доказал возможность создания абсолютной шкалы температур, где точкой отсчёта служит значение абсолютного нуля: -273,15 °С — при этой температуре уже невозможно дальнейшее охлаждение тел.

Уже в середине XVIII века термометры стали предметом торговли, и изготавливались они ремесленниками, но в медицину термометры пришли гораздо позже, в середине XIX века.

Современные термометры

Если в XVIII веке был «бум» открытий в области систем измерения температуры, то сегодня всё активнее ведутся работы по созданию способов измерения температуры.

Градусник — самый распространённый вид термометра, и именно его можно найти в каждом доме. Однако ртутные градусники, бывшие когда-то ярким открытием учёных, сегодня постепенно уходят в прошлое как небезопасные. Ртутные градусники содержат 2 грамма ртути и обладают самой высокой точностью определения температуры, но нужно не только правильно с ними  обращаться, но и знать, что делать, если градусник вдруг разобьётся. Читайте подробнее о том, как правильно утилизировать ртуть из градусника >>

На замену ртутным градусникам приходят электронные или цифровые термометры, которые работают на основе встроенного металлического датчика. Также есть специальные термополоски и инфракрасные градусники. Читайте подробнее о плюсах и минусах разных градусников >>

www.aif.ru

Доклад - Температурные шкалы и термометры

ДОКЛАД ПО ФИЗИКЕ

НА ТЕМУ:

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ШКАЛЫ, ТЕРМОМЕТРЫ

И ИХ ИЗОБРЕТАТЕЛИ

Температурные шкалы. Существует несколько градуированных температурных шкал, и за точки отсчета в них обычно взяты температуры замерзания и кипения воды. Сейчас самой распространенной в мире является шкала Цельсия. В 1742 шведский астроном Андерс Цельсий предложил 100-градусную шкалу термометра, в которой за 0 градусов принимается температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении, а за 100 градусов — температура таяния льда. Деление шкалы составляет 1/100 этой разницы. Когда стали использовать термометры, оказалось удобнее поменять местами 0 и 100 градусов. Возможно, в этом участвовал Карл Линней (он преподавал медицину и естествознание в том же Упсальском университете, где Цельсий — астрономию), который еще в 1838 году предложил за 0 температуры принять температуру плавления льда, но, похоже, не додумался до второй реперной точки. К настоящему времени шкала Цельсия несколько изменилась: за 0°C по-прежнему принята температура таяния льда при нормальном давлении, которая от давления не очень зависит. Зато температура кипения воды при атмосферном давлении теперь равна 99,975°C, что не отражается на точности измерения практически всех термометров, кроме специальных прецизионных. Известны также температурные шкалы Фаренгейта, Кельвина, Реомюра и др. Температурная шкала Фаренгейта (во втором варианте, принятом с 1714 г.) имеет три фиксированные точки: 0° соответствовал температуре смеси воды, льда и нашатыря, 96° – температуре тела здорового человека (под мышкой или во рту). В качестве контрольной температуры для сверки различных термометров было принято значение 32° для точки таяния льда. Шкала Фаренгейта широко распространена в англоязычных странах, но ею почти не пользуются в научной литературе. Для перевода температуры по Цельсию (С) в температуру по Фаренгейту (F) существует формула F = (9/5)C + 32, а для обратного перевода – формула C = (5/9)(F32). Обе шкалы – как Фаренгейта, так и Цельсия, – весьма неудобны при проведении экспериментов в условиях, когда температура опускается ниже точки замерзания воды и выражается отрицательным числом. Для таких случаев были введены абсолютные шкалы температур, в основе которых лежит экстраполяция к так называемому абсолютному нулю – точке, в которой должно прекратиться молекулярное движение. Одна из них называется шкалой Ранкина, а другая – абсолютной термодинамической шкалой; температуры по ним измеряются в градусах Ранкина (Rа) и кельвинах (К). Обе шкалы начинаются при температуре абсолютного нуля, а точка замерзания воды соответствует 491,7 R и 273,16 K. Число градусов и кельвинов между точками замерзания и кипения воды по шкале Цельсия и абсолютной термодинамической шкале одинаково и равно 100; для шкал Фаренгейта и Ранкина оно тоже одинаково, но равно 180. Градусы Цельсия переводятся в кельвины по формуле K = C + 273,16, а градусы Фаренгейта – в градусы Ранкина по формуле R = F + 459,7. в Европе долгое время была распространена шкала Реомюра, введённая в 1730 г Рене Антуаном де Реомюром. Она построена не произвольным образом, как шкала Фаренгейта, а в соответствии с тепловым расширением спирта (в отношении 1000:1080). 1 градус Реомюра равен 1/80 части температурного интервала между точками таяния льда (0°R) и кипения воды (80°R), т. е. 1°R = 1.25°С, 1°C = 0.8°R., но в настоящее время вышла из употребления.

После введения Международной системы единиц (СИ) к применению рекомендованы две температурные шкалы. Первая шкала — термодинамическая, которая не зависит от свойств используемого вещества (рабочего тела) и вводится посредством цикла Карно. Единицей измерения температуры в этой температурной шкале является один кельвин (1 К) — одна из основных единиц в системе СИ. Эта единица названа в честь английского физика Уильяма Томсона (лорда Кельвина), который разрабатывал эту шкалу и сохранил величину единицы измерения температуры такой же, как и в температурной шкале Цельсия. Вторая рекомендованная температурная шкала — международная практическая. Эта шкала имеет 11 реперных точек — температуры фазовых переходов ряда чистых веществ, причём значения этих температурных точек постоянно уточняются. Единицей измерения температуры в международной практической шкале также является 1 К.

В настоящее время основной реперной точкой, как термодинамической шкалы, так и международной практической шкалы температур является тройная точка воды. Эта точка соответствует строго определенным значениям температуры и давления, при которых вода может одновременно существовать в твердом, жидком и газообразном состояниях. Причем, если состояние термодинамической системы определяется только значениями температуры и давления, то тройная точка может быть только одна. В системе СИ температура тройной точки воды принята равной 273.16 К при давлении 609 Па.

Кроме задания реперных точек, определяемых с помощью эталона температуры, необходимо выбрать термодинамическое свойство тела, описывающееся физической величиной, изменение которой является признаком изменения температуры или термометрическим признаком. Это свойство должно быть достаточно легко воспроизводимо, а физическая величина — легко измеряемой. Измерение указанной физической величины позволяет получить набор температурных точек (и соответствующих им значений температуры), промежуточных по отношению к реперным точкам.

Соотношение температурной шкалы Фаренгейта и Цельсия

шкала Фаренгейта шкала Цельсия

Точка кипения 212° 100°

194° 90°

176° 80°

158° 70°

140° 60°

122° 50°

104° 40°

86° 30°

68° 20°

50° 10°

Точка замерзания 32° 0°

14° -10°

0° -17,8°

Температура абсолютного нуля -459,67° -273,15°

При переводе из шкалы Фаренгейта в шкалу Цельсия из исходной цифры вычитают 32 и умножают на 5/9.

При переводе из шкалы Цельсия в шкалу Фаренгейта исходную цифру умножают на 9/5 и прибавляют 32.

Термометры. Решающий вклад в развитие конструкции термометров внёс немец Габриэль Даниэль Фаренгейт. В1709 году он изобрёл спиртовой термометр, а в 1714 – ртутный. Он придал им ту же форму, что применяется и сейчас. Успех его термометров следует искать во введенном им новом методе очищения ртути; кроме того, перед запаиванием он кипятил жидкость в трубке.

Рене Антуан де Реомюр не одобрял применения ртути в термометрах вследствие малого коэффициента расширения ртути. В 1730 г. он предложил применять в термометрах спирт, а. В 1731 году изобрёл водно-спиртовой термометр. И поскольку Реомюр нашел, что применяемый им спирт, смешанный в пропорции 5:1 с водой, расширяется в отношении 1000:1080 при изменении температуры от точки замерзания до точки кипения воды, то предложил шкалу от 0 до 80°.

Учёные. Андерс Цельсий. Андерс Цельсий (Anders Celsius) родился 27 ноября 1701 года в Швеции. Область его интересов: астрономия, общая физика, геофизика.

Преподавал в Упсальском университете астрономию, основал там астрономическую обсерваторию.

Цельсий первым измерил яркость звезд, установил взаимосвязь между северным сиянием и колебаниями в магнитном поле Земли.

Он принимал участие в Лапландской экспедиции 1736-1737 годов по измерению меридиана. По возвращении из полярных областей Цельсий начал активную работу по организации и строительству астрономической обсерватории в Упсале и в 1740 стал ее директором. Умер Андерс Цельсий 25 марта 1744 года.

В честь него назван минерал цельзиан – разновидность бариевого полевого шпата.

Габриэль Фаренгейт. Даниэль Габриэль Фаренгейт (Daniel Gabriel Fahrenheit) (1686–1736) — немецкий физик. Родился 24 мая 1686 в Данциге (ныне Гданьск, Польша). Изучал физику в Германии, Голландии и Англии. Почти всю жизнь прожил в Голландии, где занимался изготовлением точных метеорологических приборов. В 1709 изготовил спиртовой, в 1714 – ртутный термометр, использовав новый способ очистки ртути. Для ртутного термометра Фаренгейт построил шкалу, имеющую три реперные точки: 0° соответствовал температуре смеси вода – лед – нашатырный спирт, 96° – температуре тела здорового человека, а в качестве контрольной температуры было принято значение 32° для точки таяния льда. Температура кипения чистой воды по шкале Фаренгейта составила 212°. Шкала Фаренгейта применяется во многих англоязычных странах, хотя постепенно уступает место шкале Цельсия. Помимо изготовления термометров, Фаренгейт занимался усовершенствованием барометров и гигрометров. Исследовал также зависимость изменения температуры кипения жидкости от атмосферного давления и содержания в ней солей, обнаружил явление переохлаждения воды, составил таблицы удельных весов тел. Умер Фаренгейт в Гааге 16 сентября 1736.

Рене Реомюр. Рене Антуан де Реомюр (Rene Antoin de Reaumur) родился 28 февраля 1683 года в Ла-Рошель, французский естествоиспытатель, иностранный почетный член Петербургской АН (1737). Труды по регенерации, физиологии, биологии колоний насекомых. Предложил температурную шкалу, названную его именем. Он усовершенствовал некоторые способы приготовления стали, им, одним из первых, были сделаны попытки научного обоснования некоторых процессов литья, написал работу «Искусство превращения железа в сталь». Он пришел к ценному выводу, железо, сталь, чугун, различаются по количеству некоторой примеси и добавляя эту примесь к железу, путем цементации или сплавления с чугуном Реомюр получал сталь. В 1814 году К. Каретен доказал, что этой примесью является углерод.

Реомюр дал способ приготовления матового стекла.

Сегодня память связывает его имя только лишь с изобретением долго использовавшейся температурной шкалы. На самом же деле Рене Антуан Фершант де Реомюр, живший в 1683-1757 годах, главным образом, в Париже, относился к тем учёным, универсальность которых в наше время — время узкой специализации — трудно себе представить. Реомюр был одновременно техником, физиком и естествоиспытателем. Большую известность за пределами Франции он приобрёл как энтомолог. В последние годы своей жизни Реомюр пришёл к идее, что поиски таинственной преобразующей силы следует вести в тех местах, где её проявление наиболее очевидно — при преобразовании пищи в организме, т.е. при её усвоении.

Скончался 17 октября 1757 года в замке Бермовдьер близ Сен-Жюльен-дю-Терру (Майенн).

Уильям Ранкин. Уильям Джон Макуорн Ранкин (Ренкин) (William John M. Rankine) (1820-72), шотландский инженер и физик, один из создателей технической термодинамики. Предложил теоретический цикл парового двигателя (цикл Ранкина), температурную шкалу (шкала Ранкина), нуль которой совпадает с нулем термодинамической температуры, а по размеру 1 град Р. ( °R) равен 5/9 К (шкала широкого распространения не получила).

www.ronl.ru

Электронный термометр - Курсовой проект

Негосударственное образовательное частное учреждение

высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский институт управления и права

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по учебной дисциплине

Микропроцессорные средства и системы

на тему

Электронный термометр

Студента: Мангушева Э.Ф.

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

г.

РЕФЕРАТ

Данная пояснительная записка содержит страницы, на которых размещены таблиц, рисунков. При написании использовано источников.

Ключевые слова: измерения, микроэлектроника, датчик, алгоритмизация, программирование, температура.

Целью данной работы являлась разработка электронного термометра с микропроцессорным управлением.

электрический термометр устройство

СОДЕРЖАНИЕ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ЗАДАЧИ

2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

3. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

3.1 ВЫБОР ДАТЧИКА ТЕМПЕРАТУРЫ

3.2 ВЫБОР ИНДИКАТОРА

3.3 ВЫБОР МИКРОКОНТРОЛЛЕРА

4. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ

5. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА РАБОТЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А (ТЕКСТ ПОГРАММЫ)

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

МК - Микроконтроллер

АЦП - Аналогово-цифровой преобразователь

ЖКИ -Жидко-кристаллический индикатор

ИОН - Источник опорного напряжения

ВВЕДЕНИЕ

Термо́метр (">греч. воздуха, почвы, воды и так далее.

Рассмотрим термометры бытового назначения. Существует несколько видов термометров, среди которых: жидкостные, механические, электрические:

Жидкостные термометры основаны на принципе изменения объёма жидкости, которая залита в термометр (обычно это ">спирт ), при изменении температуры окружающей среды.

Механические термометры действуют по тому же принципу, что и жидкостные, но в качестве датчика обычно используется металлическая спираль или ">лента из биметалла

Принцип работы электрических термометров основан на изменении ">сопротивления , зависящую от температуры).

Главное преимущество использования электронного термометра является возможность контролировать температуру на расстоянии. Если нужно контролировать температуру, например, в подвале дома, на чердаке или в любом подсобном помещении, обычный ртутный (спиртовой) или механический термометр вряд ли подойдет, т.к. будет проблематично постоянно выходить из комнаты, только чтобы взглянуть на шкалу термометра. Более пригоден в подобных случаях электронный термометр, позволяющий измерять температуру дистанционно - на расстояниях в сотни метров. Причем в контролируемом помещении будет располагаться лишь миниатюрный термочувствительный датчик, а в комнате на видном месте - ЖКИ, отображающий текущую температуру.

1. АНАЛИЗ ЗАДАЧИ

К проектируемому устройству, в соответствии с техническим заданием, выдвигаются следующие требования:

сфера применения: измерение температуры воздуха;

диапазон измеряемой температуры: -40… +50 С;

погрешность измерений: 1 С;

диапазон рабочей температуры устройства: 0… +55 С;

напряжение питания: 3В;

Диапазон измеряемой температуры основывается на данных, полученных после изучения климатограммы г. Санкт-Петербурга [7] из которой видно, что абсолютный минимум, и максимум зарегистрированных температур равен -35,9 С и 34,6 С соответственно.

Принцип работы устройства: сигнал с датчика температуры поступает на один из входов микроконтроллера, обрабатывается и на дисплее отражается информация - значение температуры. Органы управления со стороны пользователя не предусмотрены.

2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

Из анализа задачи следует, что в состав электронного термометра должны входить следующие компоненты:

Датчик температуры - первичный преобразователь температуры в электрическое напряжение

ЖКИ - элемент, отображающий значение температуры в виде десятичных цифр

Микроконтроллер - элемент, управляющий электронным термометром, т.е. опрашивающий датчик с некоторой периодичностью и преобразующий его аналоговый электрический сигнал в цифровой, а также, выводящий это значение на индикатор

Источник питания - элемент, питающий электронный термометр

Структурная схема электронного термометра представлена на рисунке 1.

www.studsell.com

Реферат на тему Температура и термометры

Первичные и вторичные свойства

Разделение свойств на первичные и вторичные, послужившее основанием для философского дуализма, есть характерная особенность галилеевой физики. На такой же позиции стоял Демокрит, исходивший из релятивизма Протагора (480...410гг. до н.э.). Известен отрывок из «Пробирщика», где Галилей воспроизводит соображения Демокрита: «...я вполне понимаю, что, как только я представляю что-нибудь телесное, материальное, я должен вместе с тем понимать, что оно ограничено, имеет ту или иную форму, большое или малое по отношению к другим вещам, находится в том или ином месте, в тот или в иной момент времени, движется или неподвижно, касается или не касается другого тела, существует в единственном теле, в нескольких или во многих, и никакое воображение не может оторвать вещь от этих условий. Но то, что она должна быть белой или красной, горькой или сладкой, звучащей или немой, дурно или хорошо пахнущей, – не понимаю, почему я должен заставить себя считать, что вещи должны обязательно сопутствовать эти характеристики. Наоборот, если бы чувства не служили нам проводниками ощущений, возможно, не возникло бы и разговора, и даже самого представления о них. Поэтому я думаю, что все эти вкусы, запахи, цвета и т.д. с точки зрения предмета, в котором, казалось бы, они пребывают, суть не что иное, как одни лишь наименования, местом их пребывания является лишь ощущающее тело, так что если убрать ощущающее животное, то будут устранены и уничтожены все эти свойства. Потому мы хотели бы верить, что, так же как этим свойствам присвоены названия, отличные от названий других, первичных и реальных явлений, так же и в действительности они от них отличны».

Чтобы еще лучше пояснить сказанное, Галилей переходит вскоре к примерам осязательных ощущений, которые заключены в нас, а не в телах, к которым мы прикасаемся, затем к запаху, вкусу, звуку, «...которые, я думаю, вне живого существа не больше чем наименования».

Наконец, «тепло», т.е. то, что мы теперь называем температурой, является для Галилея чувственным признаком: «...я весьма склонен думать, что тепло носит такой же характер и что те вещества, которые заставляют нас чувствовать тепло и которые мы называем общим именем «пламя», представляют собой множество мелких частиц той или иной формы, движущихся с той или иной скоростью, которые, встречаясь с нашим телом, проникают в него с величайшим проворством, их прикосновение, осуществляемое при прохождении в нашу ткань и ощущаемое нами, и есть то воздействие, которое мы называем теплом, приятным или неприятным в зависимости от величины и большей или меньшей скорости этих малых частиц, которые колют и пронизывают нас».

Здесь еще нет кинетической теории тепла, поскольку галилеевские минимальные тельца – это частицы огня, а не материальные молекулы. И все же это был первый шаг к кинетической теории, утвердившейся в следующем столетии.

Опыт с термоскопом

Особого упоминания заслуживает опыт Галилея с термоскопом, который также относится к падуанскому периоду, примерно к 1597г. Эксперимент важен не тем, что послужил поводом для последующих дискуссий о приоритете в изобретении термометра, а из-за нового антиаристотелева образа мышления, проявляющегося и в замысле и в осуществлении опыта. Опыт заключается в следующем. Руками согревают колбу размером с яйцо; колба имеет длинное и тонкое, как пшеничный стебель, горлышко, опущенное в чашу с водой. Если убрать руки с колбы, то вода из чаши по мере остывания сосуда начнет подниматься в горлышко. Бенедетто Кастелли, бывший ученик Галилея, пишет в 1638г.: «Этот эффект вышеупомянутый синьор Галилей использовал для изготовления инструмента для определения степени жары и холода».

Ни одному перипатетику и в голову бы не пришла возможность измерения степени тепла и холода, потому что, согласно их учению, холод и тепло – это различные свойства, перемешанные в материи. Галилей же учил, а позже (в 1623г.) и прямо написал в «Saggiatore» («Пробирщик»), что холод не является положительным качеством, а есть лишь отсутствие тепла, холод пребывает не в материи, а в чувствительном теле.

Флорентийские термометры

Примитивный воздушный термоскоп Галилея Торричелли преобразовал в жидкостный (спиртовый) термометр. Его конструкция была настолько улучшена Торричелли и членами Академии опытов и оказалась столь удобной для различных применений, что в XVII веке «флорентийские термометры» стали знамениты. Они были введены в Англии Бойлем и распространились во Франции благодаря астроному Бульо (1605...1694), получившему в дар такой термометр от польского дипломата.

В 1694г. один из членов Академии опытов Карло Ренальдини (1615...1698) первый предложил принять в качестве фиксированных температур при градуировке термометра температуру таяния льда и температуру кипения воды. Ренальдини был поддержан в 1742г. астрономом Цельсием (1701...1744), предложившим стоградусную шкалу с точкой «0», соответствующей кипению воды, и точкой «100», соответствующей ее замерзанию. Изменение направления шкалы было произведено в 1750г. другим астрономом, Мартином Штремером (1707...1770).

Кольцо Гравезанда

В процессе исследования теплоты члены Академии опытов, желая доказать, что все тела расширяются при нагревании, предложили опыт, который и сейчас повторяется в школах и известен как «кольцо Гравезанда», но вместо шара, который в холодном состоянии может пройти сквозь кольцо, а в горячем не проходит, члены Академии применяли цилиндр. Они показали также, что тепловое расширение жидкостей больше, чем твердых тел, и имели ясное понятие о теплоемкости.

В 1702г. Гийом Амонтон (1663...1703) усовершенствовал воздушный термометр Галилея, сконструировав термометр, в основном совпадающий с современным газовым. Термометр Амонтона представлял собой U-образную стеклянную трубку, более короткое колено которой заканчивалось резервуаром, содержащим воздух; в длинное колено наливалась ртуть в количестве, необходимом для поддержания постоянства объема воздуха в резервуаре. По высоте столба ртути определялась температура. Интересно, что с этим инструментом, встреченным весьма неодобрительно, Амонтон пришел к понятию абсолютного нуля, который по его данным соответствовал –239,5° С.Ламберт повторил опыты Амонтона с большей точностью и тоже пришел к понятию абсолютного нуля, которое он выражает так: «Степень тепла, равная нулю, может быть фактически названа абсолютным холодом. Значит, при абсолютном холоде объем воздуха равен или почти равен нулю. Можно сказать, что при абсолютном холоде воздух становится столь плотным, что его частицы абсолютно соприкасаются друг с другом, так что воздух становится непроницаемым».

Фаренгейт и Реомюр

Решающее усовершенствование конструкции термометра произвел немец Габриэль Даниэль Фаренгейт (1686...1736), воспользовавшийся идеей Олафа Ремера. Фаренгейт изготовлял ртутные и спиртовые термометры той формы, которая применяется и сейчас. Успех его термометров следует искать во введенном им новом методе очищения ртути; кроме того, перед запаиванием он кипятил жидкость в трубке. Его термометрическая шкала (во втором варианте, принятом с 1714г.) имела три фиксированные точки: 0° соответствовал температуре смеси воды, льда и нашатыря, 96° – температуре тела здорового человека (под мышкой или во рту). В качестве контрольной температуры для сверки различных термометров было принято значение 32° для точки таяния льда.

Рене Антуан Фершо де Реомюр (1683...1757) не одобрял применения ртути в термометрах вследствие малого коэффициента расширения ртути. В 1730г. он предложил применять в термометрах спирт и ввел шкалу, построенную не произвольным образом, как шкала Фаренгейта, а в соответствии с тепловым расширением спирта. И поскольку Реомюр нашел, что применяемый им спирт, смешанный в пропорции 5:1 с водой, расширяется в отношении 1000:1080 при изменении температуры от точки замерзания до точки кипения воды, то предложил шкалу от 0 до 80°. К этим двум шкалам добавилась шкала Цельсия-Штремера. К концу столетия число различных шкал быстро возросло. В «Пирометрии» Ламберта приводится 19 шкал. К счастью, сейчас применяются лишь три описанные выше шкалы, и этого тоже слишком много.

История установления метрической системы служит наглядным примером того, как трудно остановиться на какой-либо системе мер, преодолев для этого силу традиций, различие интересов изготовителей и национальные чувства. Примером служит таблица

В 1747г. голландец Петер ван Мушенбрек (1692...1761), первый автор систематического курса физики, использовал расширение железного бруска для измерения температуры плавления ряда металлов. Мушенбреку мы обязаны первыми опытными исследованиями теплового расширения твердых тел, которое он регистрировал с помощью механизма из зубчаток и рычагов, сходного с демонстрируемым сейчас в школе.

Список литературы

Галилей Г. Пробирных дел мастер – М., 1987.

Голин Г.М., Филонович С.Р.Классики физической науки (с древнейших времен до начала XX в) М.: Высш. Шк., 1989.

Марио Льоцци История физики / Пер. с ит. Э.Л.Бурштейна М.: Мир, 1970.