Почему ртуть в градуснике не опускается, история и принцип работы термометра
Каждый знает, что после того, как обычный ртутный градусник продемонстрировал температуру тела, показания не изменятся, если его не стряхнуть. Почему когда мы измерили температуру тела, и пытаемся охладить термометр, поместив его в холодную воду, он не становится холоднее? Почему мы должны «охлаждать» его, встряхивая? Это кажется что-то очень не понятным… но каковы причины. Почему так происходит? В данной статье мы разберёмся почему ртуть в градуснике не опускается обратно!
Александр Пономарёв
Pixabay
Разбираемся, почему у медицинского термометра есть такая странная особенность
Как изобрели градусник: история зарождения
Современную форму термометру придал Фаренгейт ещё в 1723 году. Первоначально он наполнял свои трубки спиртом и лишь затем перешёл к ртути. Ноль своей шкалы он поставил при температуре смеси снега с нашатырём или поваренной солью, при температуре «начала замерзания воды» он показывал 32°, а температура тела здорового человека во рту или в подмышке была эквивалентна 96°.
Окончательно установил обе постоянные точки шведский астроном, геолог и метеоролог Андерс Цельсий в 1742 году, но первоначально он ставил 0° при точке кипения, а 100° при точке замерзания. Позже, уже после смерти Цельсия, его современники и соотечественники Карл Линней и Мортен Штремер использовали эту шкалу в перевёрнутом виде — за 0° стали принимать температуру плавления льда, а за 100° — кипения воды. В таком виде шкала оказалась очень удобной, получила широкое распространение и используется до нашего времени.
В 1848 году английский физик Вильям Томсон (он же лорд Кельвин) доказал возможность создания абсолютной шкалы температур, ноль которой не зависит от свойств воды или вещества, заполняющего термометр. Точкой отсчета в шкале Кельвина послужило значение абсолютного нуля: −273,15° С. При этой температуре прекращается тепловое движение молекул, а следовательно, становится невозможным дальнейшее охлаждение тел. Далее разберемся как работает градусник.
Как работает градусник: что в нём
Термометр измеряет температуру через стеклянную трубку, запечатанную ртутью, которая расширяется или сжимается при повышении или понижении температуры. По мере повышения температуры заполненная ртутью колба расширяется в капиллярную трубку. Его скорость расширения откалибрована по стеклянной шкале.
Но как работает градусник «изнутри»? Жидкостные термометры основаны на принципе изменения объёма жидкости, которая залита в термометр, при изменении температуры окружающей среды. В качестве нертутного заполнения термометров используются спирты (этиловый, метиловый, пропиловый), пентан, толуол, сероуглерод, ацетон, таллиевая амальгама и галлий. В современных медицинских градусниках вместо токсичной ртути используется безопасный для человека сплав галинстан — 68,5% галлия, 21,5% индия и 10% олова.
Предназначение: почему ртуть в градуснике не опускается обратно
Вы задумывались когда-то почему встряхивают градусник? Давайте разберемся с этим вопросом.
Термометр, предназначенный для измерения температуры тела, должен сохранять показания после использования. Для этого колба со ртутью соединяется с измерительной трубкой тонким капилляром, по которому ртуть, нагреваясь от тепла тела, по каплям поступает в трубку. Вернуться в колбу жидкий металл уже не может из-за отсутствия обратного давления в трубке, а чтобы сбросить показания градусника, его нужно несколько раз встряхнуть, направив ртуть в капилляр и колбу.
Причина, по которой термометр сконструирован таким образом, заключается скорее всего в том, что врач или медсестра могут не торопиться с «чтением» термометра, который в противном случае начал бы показывать более низкие температуры, как только его вынимают изо рта пациента или где бы то ни было. Не удобно, не так ли?
Отметим, что вы не охлаждаете термометр, встряхивая его — вы толкаете жидкость обратно в резервуар с дополнительной силой, возникающей от ускоренного движения.
Почему в медицинском градуснике ртуть не опускается при охлаждении?
Главная » Интересно
Интересно
Автор Вадим Хромов На чтение 3 мин Опубликовано Обновлено
Содержание:
На смену ртутным термометрам пришли более безопасные и удобные в использовании электронные, инфракрасные и другие виды приборов. Тем не менее, именно ртутный градусник считается наиболее точным. Как устроен этот прибор и почему перед использованием его нужно встряхнуть?
Устройство ртутного термометра
Ртутный термометр относится к категории жидкостных и представляет собой стеклянную трубку, которая запаяна с двух сторон. Изнутри выкачивается весь воздух – создаются условия абсолютного вакуума, чтобы сторонние факторы не могли повлиять на показатели температуры.
В нижней части трубки располагается колба с ртутью. В этом месте трубка резко сужается. Количество ртути в колбе – около 2-х граммов. Также имеется шкала от 35 до 42℃ с делением в 0,1 градус для максимально точного измерения. Между колбой и измерительной трубкой располагается тонкий капилляр, который препятствует возвращению ртути обратно в резервуар.
Интересный факт: с 2020 года производство и использование ртутных термометров, как и некоторых других видов продукции с содержанием ртути, запрещено. Такой договор заключили 128 государств в ходе подписания Минаматской конвенции о ртути.
Принцип работы
В основе работы ртутного градусника заключается принцип расширения жидкости. Ртуть – это металл, который находится в жидком состоянии при комнатной температуре (плавление начинается при температуре -38,8℃). Когда прибор соприкасается с кожей, он начинает постепенно нагреваться. Время измерения температуры составляет 7-10 минут.
Нагреваясь, ртуть поднимается из резервуара вверх по трубке, проходя через капилляр. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнута максимальная температура. После этого ртутный столбик останавливается, отображая температуру тела.
Такой термометр называют максимальным. Чтобы измерить температуру повторно, необходимо резко, но крайне аккуратно встряхнуть прибор.
Лишь так жидкость снова вернется в колбу. Охлаждение не влияет на ртуть. Давление в трубке отсутствует, поэтому она не может пройти через капилляр в обратном направлении.
Ртутный медицинский термометр называют максимальным. Ртуть медленно достигает самой высокой отметки температуры тела, но затем фиксирует ее. Жидкость не опускается вниз даже после того, как прибор перестает контактировать с телом.
Конструкция медицинского градусникаЭто объясняется конструкцией медицинского градусника – в отличие от комнатного, между резервуаром с ртутью и трубкой-шкалой имеется тонкий капилляр. Расширяясь от нагревания, ртуть движется вверх. Но вниз не опускается из-за отсутствия давления. Поэтому для повторного использования градусник встряхивают.
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Поделиться с друзьями
Оцените автора
( 5 оценок, среднее 3.4 из 5 )
Какие существуют типы термометров?
Узнайте больше о термометрах
Вы можете думать о лихорадке, когда представляете термометр, но его можно использовать для гораздо большего.
Эти маленькие чудеса могут определять температуру компьютера, бассейна, холодильника и даже всего здания!
До пандемии компания Quality Logo Products ежегодно продавала небольшое количество нестандартных термометров. В разгар пандемии в 2020 году мы едва успевали за спросом! Продажи термометров выросли на 285% в период с 2019 годаи только в 2020 году, а к концу 2022 года мы продали более 30 000! Клиенты всегда спрашивали нас, какой тип они должны заказать.
Существует не один тип термометра. Вот краткий обзор всех различных стилей и того, как они используются!
Что такое термометр?
Merriam-Webster определяет термометр как «прибор для определения температуры». «Термо» — это префикс, относящийся к теплу, а «метр» — это суффикс, который используется для любого устройства, которое измеряет. Несколько других примеров: барометр, спидометр и одометр.
Какие существуют типы термометров?
Не все термометры сделаны одинаково.
Вы можете выбрать любой из следующих типов:
- Цифровой
- Ртуть/спирт
- Жидкий кристалл
- Термометр для мяса/пищевых продуктов
Цифровой
Цифровой термометр является наиболее распространенным типом термометра и обычно считается самым безопасным в использовании. Это либо традиционная палочка, либо датчик на конце, которым можно сканировать лоб. В любом случае температура будет отображаться на легко читаемом экране.
Ртуть/спирт
Первые ртутные термометры были изобретены в 1714 году. Ртуть — это плотный ядовитый металл, поэтому Агентство по охране окружающей среды (EPA) рекомендует обращаться с этим типом термометров с особой осторожностью.
Жидкокристаллический
Вы когда-нибудь видели, как кольцо настроения меняет цвет? Точно так же работают жидкокристаллические термометры! Они чувствительны к теплу и содержат пронумерованную панель, которая меняет цвет, чтобы показать температуру.
Термометр для мяса/пищевых продуктов
Вы можете купить специальный термометр для приготовления пищи! Пищевой термометр втыкается прямо в мясо, чтобы убедиться, что внутренняя температура полностью приготовлена.
По данным Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA), это должна быть минимальная внутренняя температура для мяса:
- Говядина: 140°F
- Свинина: 145°F
- Домашняя птица: 165°F
- Рыба: 145°F
Ваша температура показывает 103°F? Согласно Mayo Clinic, медицинской компании в Нью-Йорке, пришло время записаться на прием к врачу или посетить ближайшую больницу.
В чем разница между цифровым и ртутным термометром?
Как цифровые, так и ртутные термометры достаточно точны, но цифровой термометр, как правило, безопаснее в использовании.
Вам также не нужно беспокоиться об очистке токсичных материалов, если ваш цифровой термометр сломается.
Вот все отличия цифровых термометров от ртутных:
Особенности цифровых термометров:
- Цифровые термометры работают с металлическими щупами и электричеством.
- Вы можете легко прочитать температуру, так как цифры отображаются на экране.
- Цифровой термометр дает более быстрые результаты, чем ртутный термометр.
- Рекомендуется использовать цифровые термометры для измерения температуры ребенка или ребенка, так как они более безопасны в использовании.
Особенности ртутных термометров:
- Ртутные термометры основаны на естественной химической реакции между ртутью и горячими или холодными температурами.
- Вы считываете температуру, видя, где полоса останавливается на линиях.
Большая линия соответствует 1°F, а меньшая — 0,2°F. Ртутные термометры - могут выдерживать температуры кипения и замерзания, а цифровые термометры могут сломаться в экстремальных условиях.
- Опасно, если ртутный термометр разобьется о землю, так как ртуть токсична.
Большая линия соответствует 1°F, а меньшая — 0,2°F.Все еще проводятся исследования воздействия ртути, но родители должны помнить, что гораздо безопаснее использовать цифровые термометры для своих детей.
Что делать, если ртутный термометр сломался?
Если ваш ртутный термометр разбился, не паникуйте. Агентство по охране окружающей среды (EPA) разработало эти простые советы, которые помогут вам оставаться в безопасности:
Немедленно выведите детей и домашних животных из комнаты.
Откройте окно и оставьте его открытым не менее чем на 15 минут.
Наденьте резиновые перчатки и старую одежду, чтобы убрать шарики ртути и стекло.
Соберите шарики ртути с помощью пипетки. Примечание. Никогда не используйте веник или пылесос.
Используйте фонарик, чтобы убедиться, что вы нашли все бусины.
Если вы все еще видите маленькие шарики, нанесите крем для бритья на кисточку и нанесите точки на пораженный участок. Затем вы можете использовать клейкую ленту, чтобы захватить эти крошечные бусинки.
Протрите пораженный участок влажной тканью, протирая каждый сантиметр.
Поместите бусы, перчатки, клейкую ленту, пипетку и ткань в мешок для мусора. Плотно завяжите пакет.
Свяжитесь с местным отделом здравоохранения или пожарной охраны, чтобы узнать, как правильно утилизировать мешок.
Дайте комнате проветриться в течение следующих 24 часов.
Вы все еще нервничаете из-за сломанного термометра? Обратитесь в местный диспетчерский центр напрямую по телефону 1-800-222-1222.
Каковы различные способы использования термометра?
Термометр предназначен для измерения температуры разными способами. На самом деле существуют термометры, которые предназначены для определенных участков тела.
- Подмышечные термометры (под мышкой)
- Оральные термометры (под язык)
- Барабанные термометры (в ухе)
- Ректальные термометры (в прямой кишке)
- Височные артерии или инфракрасные термометры (через лоб)
Подмышечный термометр
Надеюсь, вы использовали дезодорант, потому что подмышечный термометр скользит прямо в подмышку. Большинство цифровых термометров можно использовать в качестве подмышечных термометров, так что имейте это в виду, если он есть у вас в аптечке.
Оральный термометр
В большинстве случаев для измерения температуры полости рта можно использовать ртутный или цифровой термометр.
Вы также можете найти термометры-пустышки, которые предназначены для детей в возрасте 3 месяцев или младше.
Барабанный термометр
Вычисти эту ушную серу, потому что внутри твоего уха находится барабанный термометр. Этот тип термометра обычно небольшой и имеет зонд на конце, который входит в слуховой проход.
Ректальный термометр
У детей младшего возраста бывает сложно измерить температуру, так как они не сидят на месте. Ректальный термометр является хорошим решением и часто рекомендуется для младенцев.
Термометр височной артерии
Височная артерия, или инфракрасный термометр, стал чрезвычайно популярным в последние годы. Пользоваться таким термометром очень просто, и это также один из самых удобных вариантов.
Перечисленные выше термометры могут быть цифровыми или заполненными ртутью, спиртом или жидкими кристаллами. Это зависит только от производителя! При покупке нового термометра обязательно прочитайте упаковку, чтобы узнать, как его предполагается использовать.
Какой тип термометра наиболее точен?
По данным клиники Майо, наиболее точные результаты можно получить, если использовать оральный термометр. Убедитесь, что вы держите термометр под языком с плотно закрытым ртом.
Также важно держать термометр на месте не менее 30 секунд, если вы используете цифровой термометр. Вы должны воздержаться от еды или питья, по крайней мере, за 20 минут до измерения температуры для достижения наилучших результатов.
Могу ли я использовать пищевой термометр для измерения температуры тела?
Если дело дойдет до драки, вы можете использовать термометр для мяса, чтобы измерить температуру тела. Он определенно не такой точный, как медицинский или клинический термометр, но при необходимости справится со своей задачей.
Пандемия коронавируса (COVID-19) вызвала огромный дефицит цифровых и ртутных термометров в магазинах по всей стране. Хорошей заменой в кризис стал термометр для мяса.
Если вы используете этот метод, обязательно держите термометр под языком и не двигайтесь. Свяжитесь с врачом как можно скорее, если у вас высокая температура!
Можно ли использовать смартфон в качестве термометра?
Вам нужно измерить температуру? Для этого есть приложение! Вы найдете варианты как на Android, так и на iPhone, которые могут отслеживать вашу лихорадку.
Следующие приложения будут измерять вашу температуру и доступны как для Android, так и для iPhone:
- Термометр отпечатков пальцев
- Термомонитор
- Настоящий термометр
- Умный термометр
- SmartTemp Вика
- Термометр++
- EasyBBQ
- iЦельсий
Это не исчерпывающий список, но эти приложения наиболее популярны.
Они работают через цифровой сканер, который считывает вашу температуру, когда вы кладете указательный палец на экран.
Обратите внимание, что эти приложения могут быть не такими точными, как стеклянные или электронные сканеры, поэтому действуйте по своему усмотрению. В случае сомнений всегда лучше использовать одобренный медицинскими работниками термометр для измерения температуры.
Срок годности термометров истекает?
Термометры не имеют срока годности, но со временем их необходимо заменить. Срок службы цифровых термометров составляет от 3 до 5 лет, а срок службы ртутных термометров неограничен, если они не треснут и не будут повреждены.
Ваш ртутный термометр перестал работать? Поместите его в холодильник или морозильник! Холод немного подтолкнет ртуть и может просто решить проблему. Если нет, то пора искать замену!
Можно ли утилизировать термометр?
Термометры считаются опасными отходами и не подлежат переработке.
Лучше всего дождаться Дня сбора опасных отходов в вашем сообществе или найти ближайший к вам объект.
По возможности не выбрасывайте опасные отходы в мусор. Это будет включать не только термометры, но и зажигалки, пестициды, краски, батареи и электронику, такую как сотовые телефоны и телевизоры.
Суть
Термометры — гениальное изобретение! Вы можете легко увидеть, есть ли у вас лихорадка, и есть много способов проверить это. Ваше здоровье всегда должно быть приоритетом №1, поэтому убедитесь, что в вашем доме всегда есть работающий термометр.
Каталожные номера
Клиника Кливленда. Термометры: как измерить температуру. Получено с
https://my.clevelandclinic.org/health/articles/9959-thermometers-how-to-take-your-temperature
Мерриам-Вебстер. Термометр. Получено с
https://www.merriam-webster.com/dictionary/thermometer
Беллис, М.
(2020, 11 февраля). История термометра. Получено с
https://www.thoughtco.com/the-history-of-the-thermometer-1992525
Стюарт, Д. Открытие Меркурия. Получено с
https://www.chemicool.com/elements/mercury.html
Стоппард, М. Как измерить температуру. Получено с
https://www.miriamstoppard.com/advice/family-health/how-to-take-a-temperature/
LCR Холлкрест. Жидкокристаллические термометры. Получено с
https://www.hallcrest.com/color-change-basics/liquid-crystal-thermometers
Термопроф. (2019, 16 января). Цифровой термометр против ртутного термометра: что лучше?
https://buythermopro.com/knowledge/digital-thermometer-vs-mercury-thermometer/
Клиника Мэйо. Термометры: ознакомьтесь с вариантами. Получено с
https://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/fever/in-depth/thermometers/art-20046737
Коннолли, Г.
(2016, 12 декабря). Различные типы термометров. Получено с
https://ashtons.com/
Время ухода. (2004, 10 августа). Обзор эффективности барабанных термометров. Получено с
https://www.nursingtimes.net/archive/reviewing-the-efficiency-of-tympanic-thermometers-10-08-2004/
ТермоПро. (2020, 11 апреля). Можно ли использовать термометр для мяса при лихорадке? Получено с
https://buythermopro.com/knowledge/can-you-use-meat-thermometer-for-fever/
Фуртадо, Т. (2020, 9 июня). Объяснение замены батареи цифрового термометра. Получено с
https://buyguide.ae/digital-thermometer-battery-change-explained/
wikiHow. (2019, 26 октября). Как отремонтировать ртутный термометр. Получено с
https://www.wikihow.com/Repair-a-Mercury-Thermometer
Переработка CT. Могу ли я переработать его? – Термометр. Получено с
https://www. recyclect.com/beyond-the-bin.html#!rc-cpage=200380
Поделиться этой публикацией:
Зачем нужно «трясти» ртутный градусник? Мне рассказал один производитель… — Как все работает
Лу Блумфилд термометры и термостаты
Зачем нужно «встряхивать» ртутный градусник? Один производитель сказал мне, что ртуть расширяется, но не сжимается. Кроме того, правда ли, что закругленное стекло действует как лупа, потому что отверстие такое маленькое? — JB
Ртуть расширяется с температурой; кроме того, он расширяется с температурой быстрее, чем расширяется стекло. Вот почему столбик ртути поднимается внутри своего стеклянного сосуда. В то время как оба материала расширяются при нагревании, ртуть испытывает большее увеличение в объеме и должна течь вверх по узкому каналу или «капилляру» внутри стекла, чтобы найти место для себя.
Меркурий по существу несжимаем, поэтому, расширяясь, он давит настолько сильно, насколько это необходимо, на все, что его содержит, чтобы получить необходимое ему пространство. Вот почему у типичного термометра есть дополнительная камера в верхней части капилляра. В эту камеру будет поступать расширяющаяся ртуть, если она полностью поднимется вверх по капилляру, так что ртуть не лопнет термометр, если он перегреется. Короче говоря, сила, толкающая ртуть вверх по столбу, может быть огромной.
Сила, толкающая ртуть вниз по колонке по мере ее охлаждения, ничтожна по сравнению с ней. Ртуть точно сжимается при охлаждении, так что производитель говорит вам ерунду. Но то, что ртуть сжимается при охлаждении, не означает, что вся она стечет обратно по колонне. Ртути нужен толчок, чтобы протолкнуть ее через узкий канал.
Ртуть слабо притягивается к стеклу, поэтому практически не прилипает к стенкам своего канала. Однако, как и все жидкости, ртуть обладает вязкостью, сиропообразностью, и эта вязкость замедляет ее движение по любой трубе.
Чем уже труба, тем сильнее приходится давить на жидкость, чтобы она продолжала течь по этой трубе. Фактически, поток через трубу обычно масштабируется как 4-я степень радиуса этой трубы, поэтому даже незначительное сужение артерий может резко ухудшить кровоток у людей. Капилляры, используемые в лихорадочных термометрах, настолько узки, что ртуть с огромным трудом проходит через них. Чтобы быстро протолкнуть ртуть через такой капилляр, требуются большие усилия.
Во время расширения достаточно силы, чтобы протолкнуть ртуть вверх через капилляр. Однако во время сокращения силы, проталкивающие ртуть обратно по капилляру, слишком слабы, чтобы удерживать колонку вместе. Это связано с тем, что единственное, что находится над столбом жидкой ртути, — это тонкий пар газообразной ртути, и этот пар слишком слабо давит на жидкость, чтобы иметь значительный эффект. И хотя гравитация также может давить на жидкость, если термометр ориентирован правильно, она не оказывает достаточно сильного давления, чтобы сильно помочь.
Сжимающемуся столбу ртути требуется несколько часов, чтобы опуститься вниз, если он вообще опускается. Он часто распадается на секции, каждая из которых дрейфует вниз со своей скоростью. И, как два читателя (Майкл Хью Ноулз и Миодраг Дарко Матович) оба указали мне в последние дни, в капилляре у его основания есть узкое сужение, и ртутный столбик всегда разрывается в этом сужении во время сокращения. Поскольку верхняя часть ртутного столбика остается почти нетронутой, когда столбик ломается в месте сужения, легко определить самую высокую температуру, достигнутую термометром.
Сильное встряхивание термометра — это то, что опускает ртуть и, в конечном счете, проталкивает ее через сужение, чтобы она воссоединилась в один столбец. По сути, вы заставляете стекло ускоряться так быстро, что ртуть остается позади. Ртуть не опускается на дно термометра; вместо этого стакан подпрыгивает вверх, а ртуть отстает. Ртуть опускается на дно термометра по собственной инерции.
Вы правы, стеклянная трубка действует как лупа для тонкого столбика ртути.