Решение: Выбор жидкости для термометра
Статья к заданиюЖидкостные термометры
Жидкостные термометры
При нагревании жидкости её объем увеличивается (см. рисунок). Это явление можно использовать в жидкостных термометрах.
Для количественной характеристики объёма нагреваемой жидкости вводится коэффициент объёмного расширения β по формуле:
V = V₀ · [1 + β · (t − t₀)],
где V₀ – это объём при температуре t₀, а V – объём при температуре t. Коэффициент β численно равен относительному изменению объёма жидкости при изменении её температуры на 1 °С.
В таблице приведены свойства некоторых жидкостей, используемых в жидкостно-стеклянных термометрах.
| Жидкость | Коэффициент объёмного расширения β, 10⁻⁶ °C⁻¹ | Температура затвердевания t, °C | Температура кипения t, °C |
| Ртуть | 182 | −39 | 357 |
| Таллиевая амальгама | 182 | −60 | 1200 |
| Спирт этиловый | 1100 | −112 | 78 |
Используя материал о жидкостных термометрах и данные таблицы, определите, какая жидкость — ртуть или этиловый спирт — при одинаковых размерах термометра и одинаковых начальных объёмах будет обеспечивать более точные измерения небольшой разности температур. Ответ поясните.
Решение по шагам
3 шагаПри одинаковых начальных объёмах и одинаковом изменении температуры изменение объёма жидкости определяется коэффициентом объёмного расширения.
$$\Delta V = V_0\beta\Delta t$$По таблице коэффициент объёмного расширения этилового спирта значительно больше коэффициента расширения ртути: $1100 \cdot 10^{-6}\,\text{°C}^{-1} > 182 \cdot 10^{-6}\,\text{°C}^{-1}$.
Следовательно, при небольшой разности температур объём спирта изменится сильнее. В одинаковом термометре это вызовет большее перемещение столбика жидкости, поэтому изменение температуры будет заметнее и измерение — точнее.
Более точные измерения будет давать термометр со спиртом, поскольку коэффициент его объёмного расширения больше, чем у ртути. При одинаковой разности температур спирт изменяет объём сильнее, поэтому перемещение столбика будет больше и малое изменение температуры легче заметить.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Выбирать ртуть только из-за того, что она широко используется в термометрах.
Считать, что для точности важна температура кипения или затвердевания, а не коэффициент объёмного расширения.
Не объяснять связь между большим изменением объёма и более заметным перемещением столбика жидкости.