Цена делений шкалы прибора
Как вы думаете – одинаковую ли температуру показывают термометры, изображённые на рисунке? Разную? Неверно! Показания термометров одинаковы: 26 °С. Однако их шкалы отличаются друг от друга. Выясним, в чём состоит это отличие.
Например, между штрихами 20°C и 30°C на левом термометре столько же делений (промежутков), сколько их между штрихами 20°C и 40°C на правом термометре. Подсчитайте: ровно 10 делений. Однако они отмеряют разное количество градусов. Поэтому говорят, что шкалы термометров имеют различную цену делений.
Итак, 10 делений на левом термометре отмеряют 10 градусов (например: 30°С – 20°С = 10°С), а 10 делений на правом термометре отмеряют уже 20 градусов (например: 40°С – 20°С = 20°С).
Следовательно, на одно деление шкалы левого термометра приходится 1 °С, а шкалы правого – 2 °С.
Запишем наши вычисления в виде дробей.
| Левый термометр | ЦД лев | = | 30°C – 20°C | = | 10 °C | = | 1 °С/дел |
| 10 дел | 10 дел | ||||||
| Правый термометр | ЦДправ | = | 40°C – 20°C | = | 20 °C | = | 2 °С/дел |
| 10 дел | 10 дел |
Итак, мы видим: цена делений шкалы левого термометра равна 1 °С/дел, цена делений шкалы правого термометра – 2 °С/дел. Напомним, что деления шкалы – это промежутки между двумя любыми ближайшими штрихами на шкале.
Убедимся, что правый термометр показывает именно 26 °С. После штриха 20 °С столбик жидкости поднялся ещё на 3 деления. Так как цена делений равна 2 °С/дел, запишем равенство:
температура = 20 °С + 3 дел · 2 °С/дел = 20 °С + 6 °С = 26 °С
Эти действия: взгляд на шкалу прибора и необходимые вычисления называются отсчётом по шкале измерительного прибора.
Цена делений шкалы измерительного прибора – важная характеристика каждого шкального прибора. С ней вы будете сталкиваться очень часто. Поэтому сформулируем обобщённое правило для её вычисления.
Чтобы подсчитать цену делений шкалы, нужно: а) выбрать на шкале два ближайших оцифрованных штриха; б) сосчитать количество делений между ними; в) разность значений около выбранных штрихов разделить на количество делений.
Закрепим правило вычисления цены делений на практике (см. рисунок).
• Выбираем оцифрованные штрихи: 20 °С и 40 °С.
• Считаем: между ними 10 делений (промежутков).
• Вычисляем: (40 °С – 20 °С) / 10 делений = 2 °С/дел.
Ответ: цена делений шкалы = 2 °С/дел, цена одного деления = 2 °С.
В наши дни большинство измерительных приборов, как правило, цифровые. Они удобны тем, что значение измеряемой величины можно сразу увидеть на экране, не производя никаких вычислений.
Измерительные приборы и шкалы 5 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей
Задача 1
В классе нужно посчитать:
- Количество учеников
- Рост каждого ученика
- Массу каждого ученика
- Измерить температуру тела каждого ученика
Что из этого легче всего сделать? Конечно, посчитать количество, потому что для подсчета людей нам не нужны специальные инструменты. У нас есть шкала для подсчета – единицы, штуки. Можно считать. В классе 25 человек.
Чтобы измерить остальное, нам нужны измерительные инструменты. Линейка для измерения роста, весы для измерения массы, термометр для измерения температуры.
Измерительные приборы
Например, нужно измерить:
- Длину стола
- Вес арбуза
- Температуру в комнате
Чтобы приступить к измерениям, нужно выбрать шкалу, единицы измерения.
Но здесь выбор не велик. Шкала – это общая договоренность, а в нашей стране и почти везде в мире договорились о метрах, килограммах и градусах Цельсия. Будем использовать их.
Необходимые инструменты: рулетка (рис. 1), весы (рис. 2) и термометр (рис.3).
| Рис. 1. Рулетка для измерения | Рис. 2. Весы для измерения | Рис. 3. Термометр для измерения |
| длины | массы | температуры |
На этих приборах мы видим единицы измерения: метры и сантиметры, килограммы и граммы, градусы Цельсия (рис. 4).
То есть шкалы нанесены на измерительные инструменты. Если нужно измерять в килограммах, то шкала на весах должна быть в килограммах. Если бы нужно было измерять вес в фунтах, то весы со шкалой в килограммах нам не подошли бы, а нужны были бы весы со шкалой именно в фунтах.
Шкалы приборов: линейка
Рассмотрим устройство шкал на конкретном примере. Начнем с линейки, так как мы с ней хорошо знакомы.
Шкала состоит из черточек и чисел. Помните, шкала по-латыни – это лестница. Черточки – это ступеньки лестницы (рис. 5).
Рис. 5. Линейка
Черточки называют отметками. Числа есть не у всех отметок, но где их нет, легко посчитать от ближайшей отметки, у которой есть число.
Цена деления
Измерим длину карандаша (рис. 6) двумя разными линейками.
Рис. 6. Карандаш, который мы будем измерять
Первое измерение – 9 см (рис. 7). Карандаш длиннее, чем 9 см, но нам точнее не измерить.
Рис. 7. Измерение первой линейкой
Второе измерение – 9 см и 3 мм (рис. 8)
Рис. 8. Измерение второй линейкой
Карандаш один и тот же, а результаты измерения получились разные, потому что на второй линейке больше отметок. Расстояние между соседними отметками первой линейки равно 1 сантиметру, а второй – 1 миллиметру.
Это расстояние называется «цена деления».
Первой линейкой мы измерили карандаш и сказали, что его длина – 9 см и, может быть, еще чуть-чуть. Второе измерение дало нам результат 9 см 3 мм. Это еще не точный результат. Он точнее, чем первый, но может быть не окончательным. Если бы у нас был инструмент с еще меньшей ценой деления, то мы могли бы еще уточнить длину карандаша (рис. 9).
Рис. 9. Линейка с ценой деления меньше миллиметра
То есть цена деления – это та точность, с которой мы можем проводить измерения.
Рассмотрим линейку на рисунке 10.
Рис. 10. Линейка со шкалой дюймов
У этой линейки две шкалы. Сверху единицы измерения – сантиметры и миллиметры. Цена деления – 1 мм.
А у нижней шкалы единицы измерения – дюймы. Обозначение INCHES означает дюймы. Длинные отметки с числами соответствуют целым дюймам. То есть здесь мы видим длину шкалы в 4 дюйма. Если сравнить с верхней шкалой, то видно, что 1 дюйм – это примерно 2,5 см.
Расстояния между длинными отметками в 1 дюйм поделено короткими отметками на 8 промежутков. То есть длина самого короткого промежутка – дюйма. Цена деления – дюйма.
У верхней и нижней шкал подписаны цена деления каждой. У верхней – миллиметр, у нижней – дюйма.
Шкалы приборов: весы
Для измерения массы используют весы. На рисунке 11 вы видите пример очень простых весов – безмена. Безмен используется, когда высокая точность не нужна.
Рис. 11. Весы-безмен
Цифры на шкале соответствуют килограммам. Часть шкалы от нуля до 1 кг разделена на 10 частей. То есть цена деления – кг, или 100 граммов.
Безменом имеет смысл измерять тогда, когда точность до 100 граммов достаточна. Например, картошку взвешивать безменом можно, а вот красную икру уже нет.
Шкалы приборов: термометр
Для измерения температуры используют термометр, или градусник.
На рисунке 12 мы видим два градусника.
Один – для измерения температуры воздуха на улице, второй – для измерения температуры тела человека.
Рис. 12. Два вида градусников
У первого есть нулевая отметка. Она не в начале шкалы, а посередине. Это потому, что нулевое значение температуры – не самое низкое значение температуры. Температуру мы измеряем в градусах Цельсия. Термометром на картинке можно мерить температуру в диапазоне от до градусов Цельсия. Точность измерения – это цена деления. Легко увидеть, что она составляет 1 градус Цельсия.
Второй термометр – всем хорошо знакомый градусник. Им измеряют температуру человеческого тела. На шкале этого градусника нет нулевой отметки. Диапазон измеряемой температуры от 35 до 42 градусов. Организм человека так устроен, что у него всегда почти одна и та же температура, чуть меньше 37 градусов. Отклонения могут быть незначительны, и они очень сильно сказываются на самочувствии. Если температура поднимается на 1 градус, то есть до 38, то мы не можем этого не почувствовать.
Если же на 2 или 3 градуса, до 39–40, то это значит, что мы очень серьезно больны. Поэтому здесь не нужна нулевая отметка, температура всегда сильно выше нуля, но нам здесь важна точность. Цена деления уже составляет градуса (рис. 13).
Мы часто слышим, что температура здорового человека – 36 и 6. То есть 36 целых и 6 десятых градуса. Цена деления градуса позволяет нам измерять с такой точностью.
Рис. 13. Цена деления градусника для измерения температуры человека
Шкалы приборов: часы
Наиболее часто встречаемый прибор со шкалой – это часы (рис. 14). Такая круглая шкала называется циферблатом.
Рис. 14. Часы
Посмотрим на эти часы и попробуем разобраться со шкалой. Шкала разбита на 12 больших интервалов (рис. 15), они подписаны, и каждый из них делится еще на пять (рис. 16) неподписанных.
|
Рис. |
Рис. 16. Деление циферблата на минуты |
15. Деление циферблата на часыЧему равна длина шкалы и цена деления этой шкалы? Так просто и не ответишь, потому что, оказывается, здесь не одна, а целых три шкалы, хотя это и не сразу заметно. Но в часах сколько стрелок, столько и шкал. Отметки у них одни и те же, но означают они разное, в зависимости от того, на какую стрелку мы смотрим.
Часовая стрелка
Начнем с самой толстой стрелки, она называется часовой. Нулевая отметка совпадает с отметкой 12. Длина шкалы равна 12 часам. Числа, которые написаны на циферблате, означают целые часы. Какова цена деления этой шкалы? Час разделен маленькими отметками на 5 промежутков, часа. В часе 60 минут. минут (рис. 17). То есть цена деления этой шкалы – часа, или 12 минут. Если бы на часах осталась только часовая стрелка, то мы могли бы определять время с точностью до 12 минут.
Рис.
17. Шкала циферблата относительно часовой стрелки
Минутная стрелка
Вторая стрелка по толщине – минутная. Она делает оборот за 1 час. Длина шкалы – 1 час, или 60 минут. Написанные числа уже не имеют к ней отношения, они остались от предыдущей шкалы. Всего маленьких интервалов у нас 60 : 12 больших, и каждый еще разделен на 5, . Длина всей шкалы – 1 час = 60 минут. Значит, цена деления – 1 минута (рис. 18). Расстояние между числовыми отметками равно 5 минутам.
Если на часах есть только часовая и минутная стрелка, то время можно измерить с точностью до 1 минуты.
Рис. 18. Шкала циферблата относительно минутной стрелки
Секундная стрелка
И последняя шкала – для секундной стрелки. Самая тонкая секундная стрелка описывает круг за 1 минуту, или 60 секунд. Значит, длина наименьшего деления уже составляет 1 секунду. Цена деления этой шкалы – 1 секунда. И эта шкала позволяет измерить время с точностью до 1 секунды.
Рис. 19. Шкала циферблата относительно секундной стрелки
Каково расстояние между соседними отметками на часах, то есть цена деления шкалы? Если мы смотрим на секундную стрелку, то 1 секунда, если на минутную – 1 минута, если на часовую – 12 минут.
Заключение
Итак, что же такое шкала?
С одной стороны, шкала – это единицы измерения, о которых есть общая договоренность.
С другой стороны, шкала – это часть измерительного прибора, с помощью которой прибор нам может показать, чему равна измеряемая величина. Это тот язык, с помощью которого прибор общается с человеком.
Список литературы
- Зубарева И. И., Мордкович А. Г. Математика. 5 класс. – 14-е изд., испр. и доп. – М.: 2013. – 270 с.
- Никольский С. М., Потапов М. К. и др. Математика. 5 класс. Учебник. –14-е изд. – М.: 2015. – 272 с.
- Виленкин Н. Я., Жохов В. И. и др. Математика. 5 класс. – 24-е изд.
, испр. – М: 2008. – 280 с.
, испр. – М: 2008. – 280 с.
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
- Интернет-портал «matematika-na.ru» (Источник)
- Интернет-портал «matematika-informatika.ru» (Источник)
- Интернет-портал «myshared.ru» (Источник)
Домашнее задание
- Чему равна цена деления мензурки?
- Что называется измерительным прибором?
- Что такое шкала?
- Назовите пять измерительных приборов, которые есть у вас дома.
ChemTeam: измерения лежат в основе Sig Figs
ChemTeam: измерения лежат в основе Sig FigsИзмерение лежит в основе важных цифр
Созданные человеком инструменты всегда имеют ошибку
Вернуться в меню важных цифр
На самом базовом уровне химия (да и вся наука) зависит от экспериментов; экспериментирование, в свою очередь, требует численных измерений.
И измерения всегда производятся с помощью инструментов, сделанных другими людьми.
Немного информации об измерениях:
1) Примеры, которые мы будем изучать, включают метрическую линейку, термометр, градуированный цилиндр и весы с тремя балками.
2) Из-за участия человека НИКАКОЕ измерение не является точным; какая-то ошибка всегда присутствует. Это означает, что с каждым ответом в науке связана некоторая неопределенность. Мы можем быть достаточно уверены, что у нас есть правильный ответ, но мы никогда не можем быть уверены на 100%, что у нас есть ТОЧНО правильный ответ.
3) Измерения всегда состоят из двух частей — числовой части (иногда называемой коэффициентом) и размерности (иногда называемой меткой или единицей измерения). Причина этого в том, что мы измеряем величины — длину, прошедшее время, температуру, массу и т. д. Мы не только должны сказать, сколько есть, но мы должны сказать, сколько чего.
На уроках математики единицы измерения используются непоследовательно.
Это связано с тем, что большая часть математики обсуждает отношения между чистыми числами, а не использование числа, которое описывает количество чего-либо. Многие студенты ChemTeam имеют прискорбную склонность считать единицы измерения ненужными. ОНИ НЕ.
Измерение придает значимость (или значение) каждой цифре полученного числа. Эта концепция значимости, того, что важно, а что нет, ОЧЕНЬ ВАЖНА. Особенно часть «чего нет». Обратите особое внимание на представленные примеры. Концепция значащих цифр (или значащих цифр) важна и будет играть роль почти в каждом разделе, изучаемом ChemTeam.
Измерение можно определить как сравнение размеров объекта с некоторым эталоном.
Размеры объекта относятся к некоторому свойству, которым обладает объект. Примеры включают массу, длину, площадь, плотность и электрический заряд. Размеры часто называют единицами.
Например, метр является стандартной единицей длины в науке. Сначала он был определен как одна десятимиллионная часть расстояния от экватора до полюса.
Затем из платино-иридиевого сплава был изготовлен эталонный счетчик, который хранился в тщательно контролируемых условиях в Париже. Третьим определением было расстояние определенного числа гребней волны определенной длины волны в спектре излучения криптона. Самое последнее определение метра — это длина пути, пройденного светом в вакууме за временной интервал 1/29.9 792 458 секунд.
Мы будем использовать линейку, большое спасибо!
Метрическая линейка будет первым образцом измерительного прибора. Целые числа на изображениях представляют собой сантиметры. Деления составляют десятые доли сантиметра, иначе называемые миллиметрами. Стрелка будет обозначать конец измеряемого объекта. Ноль всегда слева.
Пример №1:
1) Мы точно знаем, что объект больше 2 см, но меньше 3 см.
2) Мы точно знаем, что объект больше 0,8 см, но меньше 0,9 см.
Откуда мы знаем эти две вещи?
Посмотрите, где стрелка, она правее 2, но меньше 3. Она правее 0,8, но меньше 0,9.
Итак, могу сказать, что объект больше 2,8 см, но меньше 2,9 см. Мы можем сказать это с полной уверенностью из-за маркировки на линейке.
Можно еще что-нибудь сказать о длине?
1) Посмотрите на разрыв между 0,8 и 0,9см, где стрелка, и мысленно разделите этот промежуток на 10 равных делений.
2) Оцените, на сколько десятых вправо отстоит стрелка от 0,8 см.
Допустим, ваш ответ — две десятых. Затем мы говорим, что длина объекта равна 2,82 см. Первые две цифры достоверны на 100%, но последняя, поскольку она была рассчитана, имеет некоторую погрешность. Но все три цифры значащие.
Этот вопрос оценки важен. Опыт говорит нам, что человеческий разум способен с приемлемой надежностью делить небольшое расстояние на десятые доли. Однако там — это встроенная ошибка , и ее нельзя избежать. Поскольку надежность приемлемая, мы говорим, что цифра значимая, даже с учетом встроенной ошибки.
Однако на этом процесс останавливается. ТОЛЬКО ОДНА предполагаемая цифра может быть значащей.
Обязательно указывайте номер устройства. В классе ChemTeam тренер говорит: «2,82 что? Яблоки?» когда единицы опускаются в устном ответе.
Пример #2:
Какая длина указана стрелкой?
1) Более 4 см, но менее 5 см.
2) более 0,5 см, но менее 0,6 см.
Правильный ответ = 4,50 см. Стрелка указывает прямо на метку и не находится ни слева, ни справа от нее. По крайней мере, по данным ChemTeam.
Обратите внимание, что каким бы ни было наименьшее деление вашей шкалы, вы всегда можете произвести оценку с точностью до следующего десятичного знака. В этом случае наименьшее деление находится на десятом месте, поэтому мы можем оценить с точностью до 0,01 места.
Имейте в виду, что в последней цифре 4,50 есть некоторая ошибка, некоторая неопределенность. Несмотря на то, что следует приложить усилия для максимально тщательной оценки, все же есть место для ошибки.
Правило относительно неопределенных цифр состоит в том, что в измерении может быть одна и только одна предполагаемая или неопределенная цифра.
Это всегда последняя цифра в измерении.
Вот еще два примера сантиметровых линеек. Решите, какая длина показана, затем щелкните ссылку для ответа.
Пример №3: проверьте ответ на пример №3
Пример №4: проверьте ответ на пример №4
Термометры Цельсия, используемые в средней школе, обычно имеют шкалу, на которой отмечены только целые числа. Пробел между каждым целым числом не имеет каких-либо регистрационных знаков для десятых.
Пример #1:
Ответ = 15,0 °С. Поскольку линия останавливается точно на линии 15 и НЕ ДВИЖЕТСЯ дальше, мы оцениваем, что она прошла ноль десятых пути от 15 до 16. Нам разрешено включать значение десятой степени и считать его значимым. Помните об этом, когда используете термометры в химических опытах. Многие студенты ChemTeam не учитывают «нулевую точку» и получают за это вычеты.
Пример #2:
Указана температура 28,5 °C.
Не забудьте мысленно разделить промежуток между 28 и 29, а затем сделать наилучшую оценку того, сколько десятых покрывается отметкой.
Наилучшая оценка ChemTeam была 0,5, но ваша могла быть немного другой. 0,4 и 0,6 приемлемы.
Возможно, вам будет интересно узнать, что иногда для увеличения масштаба используются увеличительные стекла. Это помогает в процессе оценки.
Вот еще два примера термометров Цельсия. Пример №3 слева, пример №4 справа. Решите, какая температура отображается, затем щелкните ссылку для ответа.
Проверить ответ на пример №3
Проверить ответ на пример №4
Градуированный цилиндр — еще один распространенный компонент в химической лаборатории. При чтении цилиндров из стекла вода образует мениск. Это изогнутая вниз поверхность воды. (Меркурий образует изогнутый вверх мениск.) Показания всегда следует производить до нижней точки мениска.
На какие объемы указывают эти два градуированных цилиндра, сначала левый (пример №1), а затем правый (пример №2)? Имейте в виду, что вам разрешено оценивать ОДИН десятичный знак ПОСЛЕ наименьшего деления шкалы.
Левая шкала (пример №1) указывает на объем 30,0 мл, так как вы можете оценить одну цифру ЗА НАИМЕНЬШИМ делением. Наименьшее деление находится в разряде единиц, значит, вы можете оценить разряд десятых.
Правая шкала (пример №2) указывает на объем 4,28 мл (по данным ChemTeam). Наименьший дивизион — десятое место, поэтому нам разрешено оценивать до сотого места. Вот еще два примера градуированных цилиндров: Ответ к примеру №3 Ответ к примеру №4
Короткий переход между этим уроком измерения и следующим основным уроком (правила значащих цифр) называется «От измерения к значению». Вы можете изучить его, прежде чем продолжить.
Вернуться к меню «Значимые цифры»
Как работают термометры | Сравнение типов термометров
Как работают термометры | Типы термометров в сравненииВы здесь: Домашняя страница > Инструменты, инструменты и измерения > Термометры
- Дом
- индекс А-Я
- Случайная статья
- Хронология
- Учебное пособие
- О нас
- Конфиденциальность и файлы cookie
Реклама
org/Person»> Криса Вудфорда. Последнее обновление: 13 июня 2022 г.Вам сегодня жарко или мне только кажется? И как мы могу сказать? Если я скажу, что сегодня жарче, чем вчера, а вы не согласитесь, как мы можем решить спор? Одним из простых способов является измерение температуру термометром в оба дня и сравнить показания. Термометры — это простые научные приборы, основанные на идее о том, что металлы изменяются. их поведение очень точным образом, поскольку они нагреваются (получают больше тепловой энергии). Давайте подробнее рассмотрим, как работают эти удобные гаджеты.
Фото: Вот это я называю холодом! Этот циферблатный (стрелочный) термометр показывает температуру внутри моего морозильника: около −30°C (внутренняя шкала) или −25°F (внешняя шкала). Это точно такая же температура, но измеренная двумя немного разными способами.
Содержимое
- Жидкостные термометры
- Термометры часовые
- Электронные термометры
- Измерение экстремальных температур
- Что такое температурная шкала?
- Узнать больше
Жидкостные термометры
Простейшие термометры действительно просты! Они просто очень
тонкие стеклянные трубки, наполненные небольшим количеством
серебристой жидкости (как правило, ртути — довольно
особый металл, который при обычных, бытовых температурах находится в жидком состоянии).
Когда ртуть нагревается, она расширяется (увеличивается в размерах) на величину
это напрямую связано с температурой. Итак, если температура
увеличивается на 20 градусов, ртуть расширяется и движется вверх по шкале
вдвое больше, чем если бы температура повысилась всего на 10 градусов.
Все, что нам нужно сделать, это отметить шкалу на стекле, и мы сможем
легко определить температуру.
Фото: Типичный термометр состоит из жидкости в трубке, которая поднимается и опускается по линейной шкале. (один с равноудаленными делениями) отмечен температурой.
Как определить масштаб? Изготовление по Цельсию (по Цельсию)
термометр легко, потому что он основан на температуре льда
и кипяток. Они называются двумя фиксированными точками. Мы
Известно, что температура льда близка к 0°C, а вода кипит при 100°C.
Если мы окунем наш термометр в лед, мы сможем увидеть, где
уровень ртути достигает и отмечает самую низкую точку на нашей шкале, которая
будет примерно 0°С. Точно так же, если мы окунем термометр в
кипящей воды, мы можем подождать, пока ртуть поднимется, а затем сделать
знак, эквивалентный 100°C.
Все, что нам нужно сделать, это разделить
масштабирование между этими двумя фиксированными точками на 100 равных шагов («градус Цельсия» означает 100 делений)
и, вуаля, у нас есть рабочий термометр!
Фото: Спиртовые термометры. Как вы можете видеть по красным линиям рядом с их шкалами, эти исторические термометры Dr Pepper на Dublin Bottling Works и W.P. Музей Клостер в Дублине, штат Техас, также содержит алкоголь. Фото Кэрол М. Хайсмит. Предоставлено: Техасская коллекция фотографий Лиды Хилл в рамках американского проекта Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.
Ртуть или спирт?
Не во всех жидкостных термометрах используется ртуть. Если линия, которую вы видите на своем термометре
красный вместо серебра, как на картинке здесь, ваш термометр
заполнен жидкостью на спиртовой основе (например, этанолом). Какая разница? Ртуть токсична, но
совершенно безопасно, если он запечатан внутри термометра. Однако если стеклянная трубка ртутного термометра
случается сломаться, что потенциально подвергает вас воздействию ядовитой жидкости внутри него.
По этой причине спиртовые термометры, как правило, более безопасны, и они могут
также можно использовать для измерения более низких температур (поскольку спирт имеет более низкую температуру замерзания).
чем ртуть; это около -114 ° C или -170 ° F для чистого этанола.
по сравнению с примерно -40°C или -40°F для ртути).
Фото: Этот термометр содержит красную жидкость на спиртовой основе и имеет шкалу Цельсия (слева, внизу рисунка) и Фаренгейта (справа, вверху). Текущая температура составляет около 21°C или около 70°F. Шкала Фаренгейта названа в честь немецкого физика Даниэля Фаренгейта (1686–1736), который изготовил первый ртутный термометр в начале 18 века. Шкала Цельсия названа в честь придумавшего ее шведского ученого Андерса Цельсия (1701–1744).
Рекламные ссылки
Термометры со шкалой
Однако не все термометры работают таким образом. Тот, что показан в нашем
На верхнем фото есть металлический указатель, который перемещается вверх и вниз по кругу.
шкала. Откройте один из этих термометров, и вы увидите указатель
монтируется на спиральном куске металла, называемом биметаллической полосой, которая предназначена для расширения и изгиба по мере того, как она
нагревается (см. нашу статью о термостатах, чтобы узнать, как они работают).
Чем выше температура, тем больше расширяется биметаллическая полоса и тем больше она давит на
указатель вверх по шкале.
Изображение: Как работает циферблатный термометр: Это механизм, приводящий в действие типичный циферблатный термометр, проиллюстрированный в патенте Чарльза У. Патнэма от 1905 года. Вверху у нас есть обычное расположение указателя и циферблата. Нижняя иллюстрация показывает, что происходит сзади. Биметаллическая полоска (желтая) плотно свернута и прикреплена как к корпусу термометра, так и к стрелке. Он состоит из двух разных металлов, связанных вместе, которые при нагревании расширяются в разной степени. При изменении температуры биметаллическая полоска более или менее туго изгибается (сжимается или расширяется), а прикрепленная к ней стрелка перемещается вверх или вниз по шкале.
Работа
из патента США 798,211: Термометр предоставлен Управлением по патентам и товарным знакам США.
Фото: Вот свернутая биметаллическая полоса от настоящего циферблатного термометра (термометр морозильной камеры на нашей верхней фотографии). Легко увидеть, как это работает: если повернуть стрелку рукой в сторону более низких температур, скрученная полоска сжимается; поверните указатель в другую сторону, и полоска ослабнет.
Электронные термометры
Одна из проблем ртутных и циферблатных термометров заключается в том, что они при этом реагировать на изменения температуры. Электронный термометры не имеют этой проблемы: вы просто прикасаетесь зондом термометра к объект, температуру которого вы хотите измерить, и цифровой дисплей дает вам (почти) мгновенные показания температуры.
Фото: Электронный медицинский термометр 2010 года. Вы ставите металлический щуп во рту или где-то еще на теле и считывайте температуру с ЖК-дисплея.
Электронные термометры работают совершенно иначе, чем
механические, которые используют линии ртути или вращающиеся указатели.
Они основаны на идее, что сопротивление
из куска металла (легкость, с которой электричество течет
через него) изменяется при изменении температуры. Чем горячее металлы, тем сильнее вибрируют атомы внутри
по ним электричеству труднее течь, и сопротивление увеличивается.
Точно так же, когда металлы остывают, электроны движутся более свободно, а сопротивление
идет вниз. (При температурах, близких к абсолютному нулю, самая низкая теоретически возможная температура -273,15°C или -4590,67°F, сопротивление полностью исчезает в явлении, называемом
сверхпроводимость.)
Электронный термометр работает, подавая напряжение на его металлический щуп и измерение силы тока, протекающего через него. Если вы помещаете зонд в кипящую воду, тепло воды делает электричество проходит через пробник с меньшей легкостью, поэтому сопротивление на точно измеримую величину. Микрочип внутри термометра измеряет сопротивление и преобразует его в измерение температуры.
Фото: Электрический термометр сопротивления 1912 года:
Этот пример термометра сопротивления мостового типа был построен Leeds and Northrup.
и используется для измерения температуры в Национальном бюро стандартов США.
(ныне NIST) в начале 20 века. Несмотря на его коренастый и неуклюжий вид, его точность составляет 0,0001 градуса.
Фото предоставлено цифровыми коллекциями Национального института стандартов и технологий, Гейтерсбург, Мэриленд.
20899.
Основным преимуществом таких термометров является то, что они могут мгновенное считывание в любой температурной шкале Например, по Цельсию, по Фаренгейту или как там еще. Кроме одного их недостатки в том, что они измеряют температуру от от момента к моменту, поэтому цифры, которые они показывают, могут сильно колебаться резко, что иногда затрудняет получение точных показаний.
Точные электрические термометры, известные как термометры сопротивления, используют четыре резистора, расположенных в ромбовидной цепи, называемой мостом Уитстона. Если три резистора имеют известные номиналы, сопротивление четвертого
легко вычислить. Если четвертый резистор выполнен в виде датчика температуры,
подобную схему можно использовать как очень точный термометр: рассчитать его сопротивление
(из его напряжения и тока) позволяет нам рассчитать его температуру.
Измерение экстремальных температур
Если вы хотите измерить что-то слишком горячее или холодное для обычного термометра ручки, вам понадобится термопара: хитрое устройство который измеряет температуру, измеряя электричество. И если вы не можете подойти достаточно близко, чтобы использовать хоть термопару, можно попробовать пирометром, своего рода термометр, который измеряет температуру объекта по электромагнитное излучение, которое он испускает.
Что такое температурная шкала?
Фото: Температурные шкалы линейны: определенное повышение температуры всегда перемещает вас на одно и то же расстояние
вверх по шкале. Это не означает, что термометры должны быть сделаны прямыми, как линейки: это означает, что каждое деление температурной шкалы занимает точно такое же пространство (или, если хотите, ртутный, стрелочный или другой индикатор температуры должен двигаться так же далеко, чтобы указать каждое новое деление по мере повышения или понижения температуры).
Этот циферблатный термометр от газового котла показывает температуру вашего центрального отопления в градусах Цельсия, используя круглую (но все же линейную) шкалу.
Термометру не обязательно нужна шкала или цифры, нанесенные на него. Только представьте, если вы были на необитаемом острове и нашли в песке старый термометр с шкала и цифры стерлись, но в остальном работает отлично. Вы все еще можете использовать это он получить представление о температурах. Вы можете использовать его очень грубо, чтобы сказать что-то вроде: «Уровень ртути поднялся примерно наполовину, что выше, чем было вчера, поэтому сегодня должно быть жарче».
Лучшим способом было бы поставить собственную шкалу на термометр. Во-первых, вам нужно найти
что-то очень холодное (например, кусок льда), поместите термометр
на нем и поцарапайте стекло, чтобы отметить уровень ртути. Тогда вы могли бы сделать то же самое
чем-нибудь горячим (кипятком) и снова отметьте уровень ртути. Мы называем это
два опорных уровня температуры фиксированные точки.
Чтобы сделать шкалу термометра, все, что нам нужно сделать, это разделить расстояние между двумя
неподвижных точек на множество секций равной длины. Вот как стоградусный
термометр получил свое название: он имеет 100 («центовых») делений («градусов») между
фиксированные точки льда и пара. Чем отличаются температурные шкалы и как
они проработаны?
| Масштаб | Фиксированная(ые) точка(и) |
|---|---|
по Фаренгейту | Первоначально 32°F (таяние льда в соли) и 96°F (определение температуры тела Даниэля Фаренгейта). |
Цельсия | 0°C (точка замерзания воды) и 100°C (точка кипения воды). |
Кельвин | Определяется в соответствии с тройной точкой воды (где ее твердое тело, жидкость и пар находятся в равновесии), которая составляет 273,16 К. |
ITS-90 (Международная шкала температур) | Использует множество разных точек в разных частях своего диапазона. |
Видеть
ИТС-90 подробнее
подробности.Как соотносятся градусы Цельсия и Фаренгейта?
Вы, наверное, знаете, как преобразовать температуру по Цельсию в градусы Фаренгейта: умножьте на 9/5 (или 1,8) и затем прибавьте 32. Чтобы преобразовать Фаренгейты в Цельсия, вы делаете обратное: вычитаете 32 и умножаете на 5/9(или разделить на 1,8, что то же самое). Когда вы слышите, что в прогнозах погоды указываются температуры в градусах Цельсия и их эквиваленты в градусах Фаренгейта, вы можете почувствовать, что взаимосвязь между ними немного странная и запутанная, потому что они кажутся такими разными. Но если вы нанесете их на график (как у меня ниже), вы увидите, что обе шкалы совершенно линейны, и каждое повышение температуры, добавляющее еще 10°C, добавляет 18°F.
Диаграмма: Температурная шкала Цельсия показана синим цветом, а шкала Фаренгейта – красным рядом. Каждая точка на диаграмме показывает два эквивалентных измерения для определенной температуры, например, 20°C.
равна 68°F. Обе шкалы явно линейны: увеличение на 10°C такое же, как увеличение на 18°F.
Узнайте больше
На этом сайте
- Отопление
- Металлы
- Пирометры
- Термопары
На других веб-сайтах
- Введение в температуру: все о температуре и способах ее измерения от Национальной физической лаборатории Великобритании.
- NIST: Единицы температуры: Описывает различные температурные шкалы и способы их преобразования.
Книги для юных читателей
- Как мы измеряем температуру? Крис Вудфорд. Gareth Stevens, 2013/Blackbirch, 2005. Одна из моих собственных книг для юных читателей (7–9 лет).). Акцент здесь делается на температуре как на практической, повседневной форме математики.
- градусы Фаренгейта, Цельсия и их температурные шкалы
Йоминг С. Лин. PowerKIDS Press/Rosen, 2012. Историческое введение, в котором рассказываются истории Дэниела Фаренгейта и Андерса Цельсия наряду с практическим измерением температуры.
- Измерь это! Температура Кейси Рэнд. Raintree, 2010. Базовое введение для детей в возрасте 7–9 лет, включающее некоторое освещение смежных тем, таких как погода и изменение климата.
- Температура: нагрев и охлаждение Дарлин Р. Стилл. Picture Window Books, 2004. Альтернативное 24-страничное введение для немного более молодых читателей.
- Термометры от Адель Ричардсон. Capstone, 2004. 32-страничное введение, охватывающее почти ту же тему, что и эта статья, но предназначенное для младших читателей (в возрасте 6–8 лет или около того).
Книги для читателей постарше
- Изобретение температуры: измерение и научный прогресс, Хасок Чанг. Oxford University Press, 2004. История о том, как люди научились измерять температуру термометрами. Достаточно философская и научная книга, но тем не менее вполне читабельная.
- Измерение температуры Л. Михальски. Wiley, 2001. Подробное руководство по точным измерениям температуры для ученых и инженеров.
- Принципы и методы измерения температуры, Томас Дональд МакГи. Wiley-IEEE, 1988. Подробный (почти 600 страниц) учебник, описывающий температурные шкалы и всевозможные датчики температуры, включая пирометры, термисторы и термопары.
Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты
Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.
Авторские права на текст © Chris Woodford 2008, 2022. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.
Подпишитесь на нас
Оценить эту страницу
Пожалуйста, оцените или оставьте отзыв на этой странице, и я сделаю пожертвование WaterAid.
Leave A Comment