伽利略温度计

利用液體密度去測定溫度的溫度計

伽利略温度计(英文:Galileo thermometer)是一种由玻璃圆筒、透明液体及不同密度的重物所构成的温度计。当温度改变时,液体的密度会随之改变,使得悬浮的重物上下移动,直到与周围的液体密度相等。密度最低的重物会在最顶部,最高的在最底部。每个重物都挂着刻有数字的金属圆盘,读取周遭温度时,找悬浮在顶部最底端的重物。

运作原理

编辑
 

伽利略温度计的运作原理是浮力。浮力一般是指物体在液体或气体中所产生向上的托力,是制小船能漂浮的原因(当然,一支钢制棒子是会下沉的)。液体中的物体漂浮与否,取决于物体本身的重量,以及放入水中时物体排开液体的重量。[1]。如果物体的重量小于排开液体重,就会浮在水上;大于排开液体重就会下沉;如果相等,则会悬浮在液体中。

 
图一

如果有两个物体,都是边长10cm 的正方体,那么两者都会排开1公斤的水。也就是说,在水中时的浮力就会等于1公斤。左图咖啡色物体会漂浮是因排开液体重(因一半沉在水中所以是0.5公斤)等于物体的重量。右图绿色物体会下沉是因排开液体重,也就是浮力,少于物体的重量。

 
图二

图二中空的物体,重量变成0.5公斤,但能排开液体的体积跟原本一样,所以会跟图一咖啡色物体时相同结果。以上的例子,物体漂浮的液体是水,密度为1kg/L,因此上面每一个能排开液体的重量都是1公斤。伽利略发现了液体的密度会随温度稍微改变,温度升高时,液体密度会减少,这正是伽利略温度计运作的主要关键。

 
图三

图三的绿色物体重量是1公斤。左图,液体的密度为1.001 kg/L。因为水能够被排开的重量(1.001公斤)大于物体的重量,所以它浮在水面上。右图,液体的密度为0.999 kg/L。这时,水能够被排开的重量(0.999公斤)比物体的重量小,浮力不足以支撑其重力,所以就沉到了底部。由此可看出,密度微小的变化也能够造成悬浮在液体中的物体下沉。

伽利略温度计中,每个小玻璃球装有不同颜色的液体。液体的成分不影响温度计的运作,颜色只是装饰用。玻璃吹制密封后,小玻璃球的等效密度就由下挂的金属圆盘来调正。因为玻璃球的体积是固定的,温度造成内部的气体、液体膨胀都不会造成显著的影响。周遭的透明液体不是水,而是一些密度随温度改变比水还大的一些有机溶液。(如乙醇)

 
图四

图四是伽利略温度计在不同温度时示意图。(图中温度单位是华氏)。 如果有一些玻璃球在顶部,一些在底部,一个浮在中间(图四的左图),那么浮在中间的就是周遭的温度(绿色的76°F)。 如果都没有浮在中间的(图四的右图),那么可以取上面和下面两端温度的平均值,也可以直接读取上面最下方的温度。

注释

编辑
  1. ^ 表面张力也可能使物体漂浮,例如细小的

参见

编辑

外部链接

编辑