ИЗМЕРЕНИЯ и МЕРЫ

ПРИ КАКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ КИПИТ ВОДА?

Ак известно, степень нагретости вещества характери-* зуется особой величиной — температурой.

С изменением температуры меняются многие свойства тел. При определённых температурах вещества переходят из твёрдого состояния в жидкое, из жидкого в газообраз­ное и т. д. При повышении температуры большинство тел расширяется. Если наглухо закупорить какой-нибудь со­суд и начать его нагревать, то воздух, стремясь расши­риться и не находя выхода, будет всё сильнее давить на стенки сосуда.

Таким образом, по изменению свойств тела можно су­дить о его температуре.

Но прежде нужно условиться, от какой точки и каким образом вести отсчёт температур. Ещё в XVI веке было за­мечено, что вода замерзает и кипит при совершенно опре­делённых температурах. Но как обозначить эти тем­пературы — вопрос весьма условный. Не удивительно, что долгое время разные учёные обозначали их по - разному.

Шведский учёный Андерс Цельсий (1701—1744 гг.) температуру кипения воды пометил нулём, а температуру замерзания — числом 100. Лишь впоследствии эти обозна­чения поменяли местами. Немецкий физик Габриель Да - ниель Фаренгейт (1686—1736 гг.) предложил считать, что вода кипит при температуре 212 градусов, а замерзает при тридцати двух. Нулём же он обозначил точку плавления смеси поваренной соли, нашатыря и льда. Наконец, Исаак Ньютон предложил такую температурную шкалу, в кото­рой точка кипения воды оказалась между 33 и 34 граду­сами. Существовали и другие шкалы.

В шкале Цельсия промежуток между температурами замерзания и кипения воды разделён на 100 частей — гра­дусов, в шкале Фаренгейта — на 180 градусов, а в шкале французского учёного Рене Антуана Реомюра (1683— 1757 гг.) — на 80. Во избежание путаницы после числа, означающего температуру, и знака ° (градус) стали ста­вить букву, показывающую, о какой шкале идёт речь. Буква Ц означает Цельсия, Ф — Фаренгейта и Р — Рео­мюра.

Наибольшее распространение получила шкала Цель­сия. Температуры, более низкие, чем точка замерзания воды, обозначаются в ней отрицательными числами (на­пример,— 1°Ц,— 30°Ц и т. д.).

Существование нескольких температурных шкал ме­шало развитию науки и техники. Необходимо было узако­нить какую-либо одну шкалу.

В 1889 году на Международной конференции по ме­рам и весам была утверждена так называемая стогра­дусная термометрическая шкала. В её основу положена наиболее распространённая шкала Цельсия. Две основ­ные точки стоградусной шкалы (0° и +Ю0°) сов­падают с соответствующими точками шкалы Цельсия, но промежуточные точки несколько разнятся. В 1927, 1933 и 1948 годах стоградусная шкала уточнялась и исправлялась.

Градусы международной температурной шкалы обо­значаются так:°С.

Стоит рассказать ещё об одной шкале, которая приме­няется в научных исследованиях. Это — так называемая абсолютная шкала или шкала Кельвина. Она была пред­ложена в середине XIX века английским физиком Томпсо­ном (он же лорд Кельвин). Эта шкала называется абсо­лютной потому, что температуры отсчитываются в ней не от какой-либо условной точки (например, точки замерза­ния воды), как в других шкалах, а от абсолютного нуля — самой низкой температуры, которая может существовать в природе.

В абсолютной шкале нет отрица­тельных температур, как, например, в стоградусной шкале. Абсолютный нуль соответствует такому состоянию веще­ства, когда тепловое движение молекул, как полагают, прекращается. Поэтому холоднее вещество стать уже никак не может.

Температура абсолютного нуля, бу­дучи выражена в градусах стоградус­ной шкалы, близка к —273,16° С. Зна­чит, чтобы найти значение температуры в градусах шкалы Кельвина (°К), нуж­но к —273,16 прибавить величину тем­пературы в °С.

Приборы для измерения темпера­туры — термометры — строятся на раз­личных принципах, но чаще всего ис­пользуется свойство жидкостей (воды, спирта, ртути и т. д.) изменять объём при нагреве и охлаждении. Такой тер­мометр показан на рис. 31.

Долгое время роль эталонных тер­мометров играли ртутные термометры. Затем стали ис­пользоваться так называемые водородные термометры, в которых температура определялась по давлению водо­рода в закрытом сосуде. С повышением температуры дав­ление, как мы уже упоминали, повышается.

В наши дни эталоном температуры служит группа осо­бых электрических термометров, на устройстве которых мы останавливаться не будем.

Ам часто приходится иметь дело с давлением. Поезд давит на рельсы; газы, образующиеся при сгорании топлива, давят на поршень двигателя; налитая в стакан вода оказывает давление на его дно и стенки.

Короче говоря, любые два соприкасающихся тела да­вят друг на друга. Сила, с которой одно тело воздействует на другое, всегда распределяется по всей площади их соприкосновения. На каждую единицу этой площади при­ходится определённая часть общей силы. Сила, действую­щая на единицу площади, по которой соприкасаются тела, и называется давлением.

Почему лыжник проходит гю самому рыхлому снегу, а пешеход проваливается в него по колено? Дело здесь в том, что одна и та же сила (вес человека) в первом случае распределяется по значительно большей площади, чем во втором.

А иногда совершенно разные силы создают одинаковые давления. Например, давление колеса паровоза на рельс приблизительно равно давлению граммофонной иглы на пластинку. Секрет здесь всё в том же — в различной лло - щади соприкосновения.

Необходимость в измерении давлений встречается на каждом шагу. Метеорологи измеряют атмосферное дав­ление, то есть давление, оказываемое на поверхность земли воздушным столбом атмосферы. Океанографы ис­следуют давление в морских глубинах. Врачу часто прихо­дится определять давление крови в кровеносных сосудах больного.

Учёные научились измерять колоссальные давления, возникающие, например, в орудийных стволах при вы­стреле. Было измерено и ничтожное давление, оказывае­мое на различные тела лучами света.

Принят ряд единиц давления. Они выражаются едини­цами силы, отнесёнными к единицам площади. Так, в тех­нике давление часто измеряют в килограммах на квадрат­ный сантиметр {кг/см2)„

Для измерения небольших давлений применяются дру­гие единицы — миллиметр ртутного столба и миллиметр водяного столба.

Миллиметр ртутного столба (мм Н^) — это давление, производимое столбом ртути высотой в 1 мм при ускоре­нии силы тяжести, равном 9,80665 м/сек2.

Миллиметр водяного столба (обозначается через мм Н20) — давление, оказываемое столбом воды высотой в 1 мм при температуре 4° С.

1 кг/см2 равен 10 000 мм Н20 или 735,56 мм

Измеряют давления с помощью специальных приборов, которые называются манометрами.

На рис. 32 изображён простейший манометр. Он пред­ставляет собой изогнутую стеклянную трубку, наполнен­ную ртутью или водой. Одно из колен трубки соединяется с резервуаром, в котором нужно измерить давление газа, другое остаётся открытым. На свобод­ный конец трубки давит столб атмо­сферного воздуха. Если давление внутри резервуара, с которым соеди­нён манометр, равно атмосферному давлению, жидкость в обоих коленах устанавливается на одном уровне. Если же давление внутри резервуара больше атмосферного, то ртуть в открытом колене поднимется, а в закрытом опу­стится. Разность уровней ртути будет тем больше, чем больше измеряемое давление по сравнению с атмосферным.

Если при атмосферном давлении в 760 мм ^ разность уровней ртути составляет, например, 10 мм, причём уровень жидкости в открытом колене Рис. 32. Простейший выше, то давление газа внутри резер - манометр, вуара равняется 770 мм Нд.

Единицы давления (от 1 до 1000 кг/см2) воспроизво­дятся обычно с помощью ртутных и поршневых эталонных манометров.

Эталонный манометр ртутного типа устроен по уже знакомому нам принципу. Он представляет собой и-об - разную трубку из инвара с двумя стеклянными смотро­выми окнами. Высота. ртутного столба измеряется оптическим методом с очень высокой точностью. Такой
манометр служит для воспроизведения единицы, рав­ной 1 кг/см2.

На рис. 33 схематически изображён эталонный мано­метр поршневого типа. Он состоит из цилиндра, поршня и

Набора грузов. Цилиндр на­полняется маслом и соеди­няется с пространством, в ко­тором воспроизводится тре­буемое давление. Поршень перемещается внутри ци­линдра и под действием гру­за давит на масло. Зная вес груза и площадь поршня, легко подсчитать возникаю­щее при этом давление. Поршневые манометры при­меняются для воспроизведе­ния давления от 1 до 1000 кг! см2.