Введение

Опыт и наблюдение — таковы величайшие источники мудрости, доступ к которым открыт для каждого человека.

Уильям Эллери Чэннинг 

 

Физика – это не только научные книги и сложные законы, не только огромные лаборатории. Физика – это еще интересные эксперименты и занимательные опыты. Самое главное, для физических опытов можно использовать любой подручный материал.

Физические опыты можно делать с шарами, стаканами, шприцами, карандашами, соломинками, монетами, иголками и т.д.

Для того, чтобы поставить необходимый опыт, нужно иметь приборы и измерительные инструменты. И не думайте, что все приборы делаются на заводах. Во многих случаях исследовательские установки сооружаются самими исследователями. При этом считается, что талантливее тот исследователь, который может поставить опыт и получить хорошие результаты не только на сложных, а и на более простых приборах. Сложное оборудование обоснованно применять только в тех случаях, когда без него нельзя обойтись. Так что не надо пренебрегать самодельными приборами - гораздо полезнее сделать их самим, чем пользоваться покупными.

Актуальность проекта: физика наука экспериментальная и создание приборов своими руками способствует лучшему усвоению законов и явлений.

Проблемный вопрос: можно ли в домашних условиях изготовить термометр?

Гипотеза: изготовить термометр в домашних условиях возможно.

Цель: изготовить термометр в домашних условиях.

 

 

Задачи:

1. Выяснить назначение прибора, и в каких условиях данная конструкция будет использоваться.

2. Определить, каким требованиям должна соответствовать конструкция прибора.

3. Определить, на каких физических явлениях и законах основана работа термометра.

4. Найти наиболее простое и конструктивное решение.

Этапы работы:

1) изучение литературы по данной теме;

2) проведение исследования в рамках проекта;

3) создание самого прибора;

4) оформление результатов исследований;

5) презентация результатов проекта.

Методы исследования: теоретический анализ научной литературы по данной проблеме, наблюдение, эксперимент.
Предполагаемый результат: термометр, изготовленный своими руками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Как появился термометр

На заре развития науки как таковой ученые судили о температуре воздуха по непосредственному ощущению. И деления тех шкал были весьма приблизительны: жарко, тепло, прохладно, холодно. Точность таких шкал была весьма невелика.

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 воздуха или 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.

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:

o    первая точка равнялась нулю градусов — это температура состава воды, льда и нашатыря;

o    вторая, обозначенная как 32 градуса, — это температура смеси воды и льда;

o    третья — температура кипения воды, равнялась 212 градусам.

Позже шкала была названа в честь своего создателя. 

В 1848 году с произволом в выборе нуля отсчета температуры на шкалах термометров было покончено английским физиком Вильямом Томсоном (Лордом Кельвином), доказавшим существование абсолютного нуля температур. Произведенные лордом расчеты дали цифру –273,15°С, а обозначил он эту температуру, как и положено, за 0 градусов.

Примерно в это же время Ренкен привязал абсолютную шкалу к шкале Реомюра (специально для французов и русских). Да, да! Именно французов и русских. Шкалой Реомюра пользовались в царской России до самой революции 1917 года.

Приложил к делу изобретения шкал свою руку и великий Исаак Ньютон: точку таяния льда он обозначил за 0 градусов, а кипения воды – за 12.

Вы спросите, как все эти температуры обозначаются? Пожалуйста: нуль градусов по шкале Реомюра обозначается как 0°R, по Цельсию – 0°С, по Ньютону – 0°N, по Кельвину – 0 К и, наконец, по Ренкену – 0 R.

Существует огромное количество видов термометров - электронные термометры, цифровые, термометры сопротивления, биметаллические термометры, инфракрасные термометры (ик термометры), дистанционные термометры, электроконтактные термометры. И, конечно же, наиболее популярные - спиртовые и ртутные термометры.

Преимущества ртутного термометра:

·         Очень высокая точность измерения температуры тела;

·         Длительный срок эксплуатации (при условии, что с ним аккуратно обращаются, правильно хранят);

·         Возможность измерять ртутным термометром температуру в подмышечной впадине, орально и ректально;

·         Легко дезинфицируется (только не кипятить);

·         Низкая стоимость.

Недостатки ртутного термометра:

·         Долго ждать результат измерения – около 10 минут;

·         Опасен для ребенка: нельзя детям использовать его орально, риск пораниться стеклом разбитого градусника;

·         Пары ртути очень опасны, если градусник разбился.

Если ртутный термометр разбился:

·         первое, что нужно сделать – это понизить температуру в комнате, дабы избежать опасных испарений (включить кондиционер или открыть окно – это уже по обстоятельствам);

·         ни в коем случае шарики ртути не собирать пылесосом;

·         собрать ртуть можно с помощью пластыря или скотча и поместить в баночку с обезвреживающим раствором – на 1 литр кипяченой воды (комнатной температуры) 40 граммов  хозяйственного мыла и 50 граммов  соды, и банку накрыть крышкой. Если ртуть попала в щели полов, то этим раствором можно залить щели.

·         Если боитесь это делать сами – вызовете МЧС.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принцип действия жидкостного термометра

Жидкостный термометр - это, как правило, термометр из стекла (стеклянный термометр), увидеть который можно практически везде. Жидкостные термометры бывают как бытовыми, так и техническими (термометр ттж - термометр технический жидкостный). Жидкостный термометр работает по простой схеме - объем жидкости внутри термометра изменяется при изменении температуры вокруг нее. Жидкость, находящаяся в термометре, занимает меньший объем капилляра при низкой температуре, а при высокой температуре жидкость в столбике термометра начинает увеличиваться в объеме, тем самым будет расширяться, и подниматься вверх. Обычно в жидкостных термометрах применяется либо спирт, либо ртуть. Температура, измеряемая жидкостным термометром, преобразуется в линейное перемещение жидкости, шкала наносится прямо на поверхность капилляра или прикрепляется к нему снаружи.

Мы сталкиваемся с жидкостями каждый день, но часто не замечаем, что жидкости, такие как вода, молоко и масло, увеличиваются в объеме при увеличении температуры. Это связано с тем, что изменение в объеме, в таких случаях, довольно маленькое.

Для демонстрации расширения жидкости при нагревании я решил изготовить простейший прибор. Для этого мне понадобились: обыкновенный пузырек, резиновая пробка, стеклянная трубка, наружный диаметр которой 5-6 мм. В пробке проделал такое отверстие, чтобы трубка плотно входила в него. Далее налил в пузырек подкрашенную воду, чтобы удобнее было наблюдать. Нанес на трубку шкалу. Затем вставил пробку в пузырек так, чтобы трубка в нем находилась ниже уровня воды, а вода понималась над пробкой на несколько мм.

Если пузырек подержать некоторое время в ладонях, то вода в трубке начинает подниматься вверх. Это доказывает, что при нагревании вода расширяется.

Изготовление термометра

Для изготовления термометра мне понадобились:

1.     Шприц

2.     Пустой стержень

3.     Немного отработанного машинного масла

4.     Клей

Порядок изготовления термометра:

1.     Набираем в шприц отработанное машинное масло.

2.     Приклеиваем к носику стержень

3.     Устанавливаем уровень масла в стержень и замеряем его движение при изменении комнатной и уличной температуры

4.     Узнаем разницу комнатной и уличной температуры и из этой разницы и изменения уровня жидкости вычитаем движение уровня отработанного масла в зависимости от температуры.

5.     С помощью нехитрых вычислений вычисляем, чему равен путь 1 градуса.

6.     Расчерчиваем шкалу.

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                    Заключение

При выполнении этой исследовательской работы я узнала много нового.

Наблюдать за опытом проводимым учителем, интересно. Проводить его самой интереснее вдвойне. А проводить опыт с прибором, сделанным и сконструированным своими руками, вызывает очень большой интерес у всего класса. В таких опытах легко установить взаимосвязь и сделать вывод как работает данная установка.

 

Наша гипотеза: в домашних условиях можно сделать термометр, подтвердилась.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

1.     Анциферов Л.И. Самодельные приборы для физического практикума в средней школе: Пособие для учителя. – М.: Просвещение, 2007.

2.     Б.И. Спасский «Физика в ее развитии», М. «Просвещение», 1995.

3.     «Физика – юным», составитель М.Н. Алексеева, М. «Просвещение», 2009.

4.     А.А. Леонович «Физический калейдоскоп», М. «Бюро Квантум», 1994

5.     «Энциклопедический словарь юного физика», М. «Педагогика», 1984

6.     pribory-si.ru›stati_rt/7754/

7.     http://ru.wikipedia.org/wiki