Бесплатная техническая библиотека

Десятитысячные доли градуса из бутылки. Детская научная лаборатория

Справочник / Детская научная лаборатория

 Комментарии к статье

Современная научная аппаратура обладает огромной чувствительностью и работает с колоссальной точностью. Измерены массы отдельных элементарных частиц, размеры атомов и молекул. Термометры способны уловить разницу температур в тысячные доли градуса, а интерферометры - смещения величиной порядка поперечника атома. Все эти особо точные приборы чрезвычайно сложны и созданы с применением самых последних технических новинок.

Но можно построить исключительно чувствительный термометр из самых простых предметов: стеклянной бутылки, пустого стержня от шариковой ручки, линейки и куска пластилина.

(нажмите для увеличения)

Отрежьте от стержня пишущий узел, запустите в трубку капельку чернил и вставьте ее в горлышко бутылки, плотно облепив пластилином. Положите бутылку на бок, чтобы исключить действие силы тяжести на пузырек. Поместите рядом с ней линейку с миллиметровыми делениями. Прибор готов.

Некоторое время чернильный пузырек будет двигаться вправо или влево из-за того, что температура емкости меняется, приходя в тепловое равновесие с воздухом. Дождемся, чтобы он остановился, и заметим, у какого деления он оказался. Прикоснемся теперь пальцем к стенке бутылки. Воздух в ней нагреется, расширится, и пузырек в трубке сдвинется на несколько миллиметров. Оценим точность нашего прибора.

Зависимость изменения объема газа от температуры определяет формула, которую вывел французский физик и химик Жозеф Луи Гей-Люссак в 1802 году:

V_t=V(1 + B_tdt),

где V - начальный объем газа; V_t - объем, который он стал занимать при изменении температур на величину dt; B_t=1/273 град^-1 - коэффициент объемного расширения газа. Он показывает, что объем некоторой массы газа при нагревании увеличивается на 1/273 части того объема V₀, который эта масса занимала при 0°С. Но, поскольку мы проводим чисто качественный опыт, приводить объем газа V к величине V₀ смысла не имеет.

График уравнения Гей-Люссака - прямая линия в координатах: температура Т - объем V. При уменьшении температуры объем газа уменьшается и становится равным нулю при температуре -273,15°С. В действительности это невозможно - молекулы газа имеют объем, который конечно же никуда деться не может.

Из формулы Гей-Люссака следует, что

dt = (V_t - V)/VB_t = dV/VB_t.

Объем стеклянной бутылки V₀ = 750 см³ = 7,5*10³ мм³, внутренний диаметр трубки D = 1,5 мм, радиус r = 0,7 мм, площадь отверстия s ~ 1 мм². Будем считать, что положение пузырька можно определить с точностью до 1 мм и, следовательно, обнаружить изменение объема воздуха в емкости на 1 мм³. Подставив эти значения в приведенную выше формулу, получим dt = 1*273/7,5*10³ = 3,64*10^-4 градусов.

Это очень высокая точность. Но использовать такой прибор на практике, к сожалению, проблематично. Он будет с не меньшей чувствительностью реагировать на изменение атмосферного давления, охлаждение сквозняками и прочие посторонние воздействия.

Автор: С.Транковский

 Рекомендуем интересные статьи раздела Детская научная лаборатория:

▪ Фонтан в комнате

▪ Пульс Земли

▪ Весы на архимедовой спирали

Смотрите другие статьи раздела Детская научная лаборатория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Квантовая спин-жидкость 22.03.2018 В 1987 году Пол В. Андерсон (Paul W. Anderson), Лауреат Нобелевской премии в области физики, выдвинул предположение, что явление высокотемпературной сверхпроводимости может быть связано с экзотическим квантовым состоянием материи, известным как квантовая спин-жидкость. В таком состоянии магнитные моменты частичек материи ведут себя подобно жидкости, однако, такая жидкость не "замерзает" даже при температуре абсолютного нуля. Подобные экзотические состояния материи считаются перспективными кандидатами для их использования в квантовых вычислительных системах, однако, до последнего момента времени ученым не удавалось получить спин-жидкость, подходящую для ее использования в различных квантовых технологиях. И лишь недавно, исследователям из университета Аальто, Финляндия, бразильского Центра физических исследований (CBPF), технического университета Брауншвейга и университета Нагои впервые удалось создать сверхпроводящую квантовую спин-жидкость, свойства которой максимально приближены к свойствам теоретической жидкости, предсказанным Полом Андерсоном. А создание квантовой спин-жидкости стало возможным благодаря разработанной в университете Аальто технологии управления свойствами некоторых магнитных материалов. Большинство из существующих высокотемпературных сверхпроводников имеют в своей основе оксид меди, в которой ионы меди формируют квадратную кристаллическую решетку, а магнитные моменты соседних ионов направлены в противоположных направлениях. Когда такая стройная кристаллическая структура нарушается путем изменения степени окисления меди, материал становится сверхпроводником. Однако, замена обычных ионов меди на ионы, имеющие электронную структуру d10 и d0, превратила всю кристаллическую структуру в квантовую спин-жидкость. "В будущем метод замены ионов d10/d0 может быть использован по отношению ко многим другим видам магнитных материалов, что позволит нам получить целый ряд новых материалов, обладающих уникальными квантовыми свойствами" - рассказывает Отто Мастонен (Otto Mustonen), исследователь из университета Аальто. Для регистрации факта создания квантовой спин-жидкости и определения ее свойств ученые использовали технологию спин-спектроскопии. Эта технология основана на взаимодействии подобных электронам элементарных частиц, таких, как мюоны, с исследуемым материалом. Такой метод способен определить даже самые слабые магнитные поля, существующие в квантовом материале. "В дополнение к сложному и высококачественному оборудованию, данный вид исследований требует совместной работы ученых-физиков, химиков и ученых других направлений" - рассказывает профессор Маарит Карпинен (Maarit Karppinen), - "Но совместными усилиями такой многопрофильной команды мы сможем изучить свойства квантовых спин-жидкостей и подойти вплотную к практическому созданию так называемого топологического квантового компьютера".

Другие интересные новости:

▪ Телефон следит за ребенком

▪ Радарный спортивный спидометр от TI

▪ Реклама на экране смартфона дополнительно разряжает аккумулятор

▪ Новые синхронные DC/DC-преобразователи напряжения

▪ В центре Млечного пути нет звездообразования

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Начинающему радиолюбителю. Подборка статей

▪ статья Нет ничего сказанного, что не было бы сказано раньше. Крылатое выражение

▪ статья Почему в 1988 году логотип Nestle лишился одного птенца? Подробный ответ

▪ статья Валерианелла. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Чем заменить счетчик КР531ИЕ14? Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Преобразователь напряжения с Ши стабилизацией. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025