明察秋毫(3)

幼時的記憶是那么的深刻,有一次父親買了幾支溫度計,那真是一個神奇的物體,哥哥拿著它在煤油燈上烤了一下,紅色的液柱就迅速上升,離開煤油燈液柱又會下降,太好玩了。第二天哥哥上學了,我一人在家按捺不住好奇心,拿著一支溫度計在燈上烤,看著液柱升升降降,開心極了!樂極生悲,最后一次看到液柱快要升到頂點時,我拿開了,可液柱沒有下降的意思,只聽一聲“啪”,下面的玻璃泡破了,我嚇得魂都快掉了,用小手去撫摸著那個已經壞了的溫度計,那紅色的液柱再也回來去了,我闖禍了。記得媽媽先知道了這事,已經六神無主的我告訴媽媽我將溫度計玩壞了,媽媽說就說是雞飛撞壞掉的,可我不敢說謊。父親知道后,我的影響是挨了一頓臭揍。母親已經不在,父親也已年邁,兒時的記憶總是那么清晰,每每看到溫度計時,總會想起這一幕,總有感慨!

學了多年物理之后,終于知道為什么溫度計里的紅色液柱會升升降降了,終于知道溫度是怎么回事了。溫度是物體的冷熱程度,人可以皮膚通過感覺冷熱,但無法通過比較對冷熱進行量化,那怎么辦呢?用轉化的方法來量化溫度,物質的某一物理屬性只要隨溫度的改變而發生單調的、顯著的變換,就可以根椐這種變換來判斷溫度的變化,根據這個原理可制作出溫度計。因為變化在肉眼看來并不明顯,所以在制作過程需要將微小的變化放大,這是制作許多儀器的一個原則,只有將微小的變化放大,才能便于判斷。

常見的液體溫度的結構和原理:普通的液體溫度包括體溫計在內,都是利用液體的熱脹冷縮的性質制成的,一般的液體都可以作為測溫液體,比如酒精、煤油等,為了便于觀察,這些液體還需要進行染色。但水不能作為測溫液體,因為水有一個反膨脹特性,即在0到4攝氏度之間,水溫升高而體積反而收縮,在4攝氏度以上水溫升高體積變大,故水不適合作為測溫液體。普通液體溫度計的結構相似,下面一個大的玻璃泡里裝有測溫液體,玻璃泡上方與毛細管相連,當測溫液體的體積因溫度變化而發生膨脹或收縮時,盡管實際的變化率很小,但由于毛細管內徑太小,那怕是微小的變化也能看得出液柱的升降,另外毛細管外的玻璃制成圓形,起到放大鏡的作用,所以很便于觀察。毛細管越細,液柱的升降就越明顯,所以測量精度就越高。在毛細管的玻璃外殼上再刻上刻度,一支溫度計就制作而成了。攝氏溫標是這樣規定的,將標準氣壓下純水沸騰的溫度規定為100攝氏度,而穩定的冰水混合物的溫度規定為0攝氏度。體溫計的結構與普通溫度計的區別在于液泡與毛細管之間有一個C形環,這樣可以保證體溫計離開人體后水銀柱不會隨著溫度的降低而下降,這樣讀數方便,第二個區別就是體溫計的毛細管更細,這樣精度就更高,另外的區別就是體溫計讀數時更清晰。

其它種類的溫度計的工作原理與液體溫度計類似,舉兩個例子:

1、氣體溫度計:多用氫氣或氦氣作測溫物質,因為氫氣和氦氣的液化溫度很低,接近于絕對零度,故它的測溫范圍很廣。這種溫度計精確度很高,多用于精密測量。

工作原理圖

如圖:溫包內氣體壓力隨溫度的改變而改變,微小的變化帶動彈簧管形變,最終微小的變化通針的放大作用,來顯示溫度的數值。設計很巧妙吧,這個儀器仍然是利用了將微小變化放大的原理。

2、電阻溫度計:分為金屬電阻溫度計和半導體電阻溫度計,都是根據電阻值隨溫度的變化這一特性制成的。金屬溫度計主要有用鉑、金、銅、鎳等純金屬的及銠鐵、磷青銅合金的;半導體溫度計主要用碳、鍺等。電阻溫度計使用方便可靠,已廣泛應用。它的測量范圍為-260℃至600℃左右。

電阻溫度計

如圖:將熱電阻接入電路中,熱電阻的阻值會隨溫度的變化而變化,所以電路中的電流會隨阻值的改變而改變,指示儀表其實就是一個電流表,作用就是將電流顯示出來,電流值對應著相應的阻值,也就對應了相應的溫度。

其它種類的溫度計還有很多,如溫差電偶溫度計、雙金屬溫度計、指針式溫度計、壓力式溫度計、轉動式溫度計、半導體溫度計、熱電偶溫度計、光測高溫計、液晶溫度計等。它們的原理相似,即溫度導致某一物理屬性發生單調變化,那么就可以根據屬性值來判斷溫度的大小,具體制造中用到將微小變化放大的原理。

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