Как сделать термоскоп галилея
Добавил пользователь Alex Обновлено: 04.10.2024
Распространенные сегодня средства измерения температуры играют важную роль в науке, технике, в повседневной жизни людей, имеют многовековую историю и связаны с именами многих блестящих ученых разных стран, включая российских и работавших в России.
Подробное описание истории создания даже обычного жидкостного термометра может занять целую книгу, включающую рассказы о специалистах различных направлений – физиках и химиках, философах и астрономах, математиках и механиках, зоологах и ботаниках, климатологах и стеклодувах.
Помещаемые ниже заметки не претендуют на полноту изложения этой весьма занимательной истории, но могут быть полезны для знакомства с областью знания и областью техники, имя которым Термометрия.
Температура – один из важнейших показателей, который применяется в различных отраслях естествознания и техники. В физике и химии ее используют как одну из основных характеристик равновесного состояния изолированной системы, в метеорологии – как главную характеристику климата и погоды, в биологии и медицине – как важнейшую величину, определяющую жизненные функции.
Примерно 2500 лет назад древнегреческий медик Гиппократ (ок. 460 – ок. 370 г. до н.э.) понял, что повышенная температура человеческого тела является признаком болезни. Возникла проблема определения нормальной температуры.
Воздушный термометр
Санторио
Одним из первых, кто вместе с Галилеем и другом Галилея Д.Ф. Сагредо догадался снабдить термоскоп числовой шкалой и превратил его в термометр, был итальянский врач и физиолог Санторио Санторио (его называли также Сантории, Санкториус, 1561–1636).
Древний термометр
для измерения температуры
человеческого тела
U-образный
термометр Дреббела
Воздушные термометры Флудда
Следующим небольшим, но важным шагом на пути к превращению термоскопа в современный жидкостный термометр стало использование в качестве рабочего тела жидкости и запаянной с одного конца стеклянной трубки. Коэффициенты термического расширения жидкостей меньше, чем газов, но зато объем жидкости не меняется с изменением внешнего давления. Этот шаг был сделан примерно в 1654 г. в мастерских великого герцога тосканского Фердинанда II Медичи (1610–1670).
Тем временем в различных странах Европы начались систематические метеорологические измерения. Каждый ученый в тот период использовал свою температурную шкалу, и дошедшие до нас результаты измерений невозможно ни сравнить между собой, ни связать с современными градусами. Понятие градуса температуры и реперных точек температурной шкалы появилось, видимо, в нескольких странах еще в XVII в. Мастера на глазок наносили 50 делений так, чтобы при температуре таяния снега спиртовой столбик не опускался ниже 10-го, а на солнце не поднимался выше 40-го деления.
Стеклянные термометры
Академии дель Чименто
Одна из первых попыток калибровки и стандартизации термометров была предпринята в октябре 1663 г. в Лондоне. Члены Королевского общества согласились использовать один из спиртовых термометров, изготовленных физиком, механиком, архитектором и изобретателем Робертом Гуком (1635–1703), в качестве стандартного и сравнивать с ним показания других термометров. Гук вводил в спирт красный пигмент, шкалу делил на 500 частей. Он изобрел также термометр-минима (показывающий самую низкую температуру).
Голландский физик-теоретик, математик, астроном и изобретатель Христиан Гюйгенс (1629–1695) в 1665 г. вместе с Р.Гуком предложил использовать температуры таяния льда и кипения воды для создания шкалы температур. Первые внятные метеорологические рекорды были записаны с использованием шкалы Гука–Гюйгенса.
Гигантомания Герике через три столетия нашла последователей в США. Самый большой в мире термометр высотой 40,8 м (134 фута) сооружен в 1991 г. в память о рекордно высокой температуре, достигнутой в Долине смерти в Калифорнии в 1913 г.: + 56,7 °С (134 °F). Трехсторонний термометр находится в небольшом городке Бейкер неподалеку от Невады.
Первые точные термометры, вошедшие в широкий обиход, изготовил немецкий физик Даниель Габриель Фаренгейт (1686–1736). Изобретатель родился на территории нынешней Польши, в Гданьске (тогда Данциг), рано осиротел, начал изучать торговое дело в Амстердаме, но не закончил обучения и, увлекшись физикой, стал посещать лаборатории и мастерские в Германии, Голландии и Англии. С 1717 г. жил в Голландии, где имел стеклодувную мастерскую и занимался изготовлением точных метеорологических приборов – барометров, альтиметров, гигрометров и термометров. В 1709 г. он изготовил спиртовой, а в 1714 г. – ртутный термометр.
Ртуть оказалась весьма удобным рабочим телом, поскольку имела более линейный ход зависимости объема от температуры, чем спирт, нагревалась значительно быстрее спирта и могла использоваться при гораздо более высоких температурах. Фаренгейт разработал новый метод очистки ртути и использовал резервуар для ртути в форме цилиндра, а не шарика. Кроме того, для повышения точности термометров Фаренгейт, владевший стеклодувным мастерством, стал использовать стекло с наименьшим коэффициентом термического расширения. Лишь в области низких температур ртуть (температура замерзания –38,86 °С) уступала спирту (температура замерзания –114,15 °С).
С 1718 г. Фаренгейт в Амстердаме читал лекции по химии, в 1724 г. стал членом Королевского общества, хотя не получил ученой степени и опубликовал всего один сборник исследовательских статей.
Для своих термометров Фаренгейт сначала использовал модифицированную шкалу, принятую датским физиком Олафом Ремером (1644–1710) и предложенную английским математиком, механиком, астрономом и физиком Исааком Ньютоном (1643–1727) в 1701 г.
Первоначальные попытки самого Ньютона разработать температурную шкалу оказались наивными и почти сразу были отброшены. За реперные точки предлагалось брать температуру воздуха зимой и температуру тлеющих углей. Затем Ньютон использовал точку таяния снега и температуру тела здорового человека, в качестве рабочего тела – льняное масло, а шкалу (по образцу 12 месяцев в году и 12 часов в сутках до полудня) разбил на 12 градусов (по другим данным, на 32 градуса). При этом градуировка проводилась путем смешивания определенных количеств кипящей и только что оттаявшей воды. Но и этот способ оказался неприемлемым.
В использовании масла Ньютон не был первым: еще в 1688 г. французский физик Далансе в качестве реперной точки для калибровки спиртовых термометров применял точку плавления коровьего масла. Если бы этот прием сохранился, Россия и Франция имели бы разные температурные шкалы: и распространенное в России топленое масло, и знаменитое вологодское масло отличаются по составу от европейских сортов.
Добившись с помощью своего ртутного термометра значительно более высокой точности измерений, Фаренгейт разделил каждый градус Ремера на четыре и в качестве реперных для своей температурной шкалы принял три точки: температуру солевой смеси воды со льдом (0 °F), температуру тела здорового человека (96 °F) и температуру таяния льда (32 °F), причем последнюю считал контрольной.
Термометр Фаренгейта
Существует легенда, что за низшую точку шкалы Фаренгейт принял температуру, до которой охлаждался воздух зимой 1708/09 г. в его родном городе Данциге. Можно также встретить утверждения, что он верил, будто человек погибает от холода при 0 °F и от теплового удара при
100 °F. Наконец, говорили, что он член франкмасонской ложи с ее 32 степенями посвящения, поэтому и принял точку таяния льда равной этому числу.
После ряда проб и ошибок Фаренгейт пришел к весьма удобной температурной шкале. Точка кипения воды оказалась по принятой шкале равной 212 °F, а весь температурный интервал жидкофазного состояния воды – соответствующим 180 °F. Обоснованием этой шкалы служило отсутствие отрицательных значений градуса.
Проведя впоследствии серии точных измерений, Фаренгейт установил, что температура кипения меняется в зависимости от атмосферного давления. Это позволило ему создать гипсотермометр – прибор для измерения атмосферного давления по температуре кипения воды. Ему же принадлежит первенство в открытии явления переохлаждения жидкостей.
Работы Фаренгейта положили начало термометрии, а затем термохимии и термодинамике. Шкала Фаренгейта была принята в качестве официальной во многих странах (в Англии – с 1777 г.), лишь нормальная температура человеческого тела была исправлена на 98,6 о F. Сейчас такая шкала используется только в США и на Ямайке, остальные страны в 1960-х и 1970-х гг. перешли на использование шкалы Цельсия.
В широкую медицинскую практику термометр был введен голландским профессором медицины, ботаники и химии, основателем научной клиники Германом Бургаве (1668–1738), его учеником Герардом ван Свитеном (1700–1772), австрийским врачом Антоном де Хаеном (1704–1776) и независимо от них англичанином Джорджем Мартином.
Основатель Венской школы медицины Хаен установил, что температура здорового человека в течение дня дважды поднимается и опускается. Будучи сторонником теории эволюции, он объяснил это тем, что предки человека – рептилии, жившие у моря, – меняли свою температуру в соответствии с приливом и отливом. Однако его работы были надолго забыты.
Мартин в одной из своих книг писал о том, что его современники спорили, меняется ли температура плавления льда с высотой, и для установления истины перевозили термометр из Англии в Италию.
Не менее удивительно, что измерениями температуры тела человека позже интересовались ученые, прославившиеся в разных областях знания: А.Лавуазье и П.Лаплас, Дж.Дальтон и Г.Дэви, Д.Джоуль и П.Дюлонг, У.Томсон и А.Беккерель, Ж.Фуко и Г.Гельмгольц.
* Основанная во Флоренции в 1657 г. учениками Галилея под покровительством Фердинанда II Медичи и его брата Леопольдо, Академия дель Чименто просуществовала недолго, но стала прообразом Королевского общества, Парижской академии наук и других европейских академий. Она задумывалась для пропаганды научных знаний и расширения коллективной деятельности по их развитию.
Научно-исследовательский проект
"Галилей, я открываю твои тайны"
Галилей - один из величайших ученых, который изобрел многие приборы, которые в усовершенствованном виде используются и сегодня. Казалось бы, его изобретения сегодня забыты, не актуальны. В том, что это не так убеждает моя исследовательская работа.
В наше время часто можно услышать слово Галилео. Оно ассоциируется с названием научно-популярной передачи, журналом с приложением физических опытов. С уроков истории я узнала, что Галилео Галилей – это известный итальянский физик. Я много про него читала, была удивлена трудами , изобретениями и жизнью этого человека, поэтому решила познакомиться с его деятельностью поближе. Изобретение телескопа Галилеем открыло нам тайны вселенной, изобретение микроскопа открыло тайны микромира, гидростатические весы позволили точнее исследовать драгоценные камни, а изготовленный им термоскоп явился прародителем современного очень красивого термометра. Его физические опыты приоткрыли тайны, окружающей нас действительности. В своей работе я касаюсь некоторых тайн, разгаданных Галилеем еще 400лет назад.
Цель моей работы:
Исследование основных изобретений Галилея, на основе проведенных им экспериментов
а поставленные мной задачи:
1. Изучить биографию Галилея.
2. Исследовать, какие ученые в годы его жизни изучали неживую природу, какой вклад внесли в развитие физической науки.
3. Исследовать, какие Галилей сделал открытия, изобретения и насколько это оказалось важным в современном мире.
4.Сравнить его изобретения с изобретениями других ученых.
5.Попробовать сделать своими руками приборы по схемам Галилея
Моя работа состоит из двух частей – теоретической и практической. В первой части я коснулась биографии Галилея, его трудов, а также трудов его современников по схожим вопросам, сравнила его работы с работами других ученых.
Во второй части я рассмотрела изобретения Галилея, схемы приборов и попробовала сконструировать свои приборы.
Моя работа полезна всем школьникам, так как на практике позволяет заглянуть в мир изобретений этого великого ученного на примере очень простых приборов.
Галилео-Галилей родился 15 февраля 1564 года, в городе Пиза. Знак зодиака-Водолей, а люди, рожденные под этим знаком прирожденные исследователи.
Созданные нами приборы по схемам Галилея.
1.Телескоп
Для создания телескопа мы использовали выпуклую линзу диаметром 4 см и фокусным расстоянием 20 см, вогнутую линзу диаметром 3 см. Расстояние между ними 25-30 см. С помощью нашего телескопа можно рассмотреть предметы на большом расстоянии, написанный текст, кратеры на Луне.
2.Микроскоп
Мы попробовали сделать микроскоп по схемам Галилея. Для этого мы использовали двояковыпуклую линзу диаметром 3 см и фокусным расстоянием 6 см и двояковогнутую линзу такого же диаметра. С помощью нашего микроскопа можно рассматривать мелкие предметы, увеличенные приблизительно в 10 раз. Любопытно то, что в микроскопе Галилея используется в качестве объектива рассеивающая линза. Никто из других изобретателей этого не делал.
3.Термоскоп
По рисункам мы создали термоскоп Галилея. Он состоит из двух колб, соединенных стеклянной трубкой с пробками и налитой в одну из колб подкрашенной водой. Если обхватить нижнюю колбу руками, то вода в трубке начнет расширяться и подниматься вверх. Если же руками обхватить верхнюю колбу, то вода будет опускаться вниз. Этот прибор явился прообразом современного термометра. А на наблюдаемом явлении создали термометр Галилея, автором которого на самом деле был Фердинанд II герцог Тосканский из рода Медичи (1641).
4.Гидростатические весы
Мы попробовали сделать гидростатические весы. Они состоят из рычажных весов, стакана с водой и разновесов. На одну чашку весов положим исследуемый предмет, уравновесив его грузами на другой чашке весов. Затем предмет опускаем в воду, равновесие весов нарушится, так как действует сила Архимеда. Снова уравновесим весы. Делим массу предмета в первом случае на массу предмета во втором случае и получим плотность предмета.
Опыт с драгоценными камнями:
Мы знаем, что людей могут обманывать в магазинах и вот один из случаев:
Нам продают драгоценный камень, название которого зеленый моховой кварц, а цена более 2 тыс. рублей за 42 карата, но у меня он вызывает сомнения, я хочу проверить настоящий он или нет, чтобы это сделать я воспользуюсь гидростатическими весами Галилея
1)нам нужно определить объем и плотность этого камня
2)уравновешиваем весы
3)под одной из чаши весов находится стакан с жидкостью известной плотности дистиллированной воды – плотность составляет 1000 кг\м3
3) опускаем наш камень, привязанный к чашечке в эту воду
4)в это же время на другой чаше находиться гирьки, составляющие вес этого камня
5)после опущения камня в воду равновесие весов нарушилось, потому что действует сила Архимеда
6)величину эту легко определить, уравновесив снова весы, путем добавления на эту чашу разновесов
7) тем самым мы определили плотность камня, и она составляет 2420 кг\м3, что соответствует плотности стекла.
8) а я знаю, что плотность это камня приблизительно 2700 кг\м3
Вывод: это не зеленый моховый кварц, а стекло. Стоимость такого стеклянного шарика составляет не более 10 рублей.
Опыт с минералом из калийной шахты.
При отработке пластов каменной соли (горная порода галит) в калийной шахте были обнаружены вкрапления какого-то минерала, похожего на медь, а может на золото? С помощью гидростатических весов проверим это.
Масса минерала в воздухе- 10 г.
Масса минерала в воде –2г.
Значит плотность камня- 5 кг\м3, что это не соответствует ни меди, ни тем более золоту. (плотность меди-8600 кг\м3, плотность золота - 19000 кг\м3)
Ответить на вопрос "Кто изобрел термометр?" не так просто. Этот предмет, описания которого можно найти еще в античных сочинениях, прошел за полтора века серьезную эволюцию, пока не принял нынешний вид.
История изобретения термометра: этапы
- I век нашей эры. Описание первого термометра Героном Александрийским.
- Рубеж XVI - XVII веков. Термоскопы, созданные Галилеем и другими учеными.
- 1724 год – Габриэль Фаренгейт разработал шкалу измерения температуры для термометра с ртутью.
Эпоха Галилея
По косвенным сведениям, изобретатель первого термометра – Галилео Галилей. Сохранившиеся сочинения ученого содержат упоминания об этом устройстве. Между 1592 и 1597 годами Галилей изобрел термоскоп, который представлял собой стакан, содержащий воду и воздух, которые показывали изменения температуры.
Упоминание об этом изобретении есть в письме Галилею от математика Джованни Сагредо. Последний предложил улучшить термоскоп, добавив шкалу для измерения температуры. Позже Сагредо писал Галилею, как он использовал термоскоп, чтобы измерять температуру воздуха в разные месяцы года.
Другое упоминание о термоскопе Галилея можно найти в письме некоего отца Кастелло монсеньору Чезарини в 1638 году. Священник рассказывал адресату, как он был свидетелем использования Галилеем термоскопа во время лекции в 1603 году.
Итальянский врач Санторио, профессор Падуанского университета, использовал термоскоп в своей практике. С его помощью он установил нормальную температуру человека и использовал изобретение Галилея в качестве вспомогательного средства при постановке диагноза.
Иезуит назвал изобретателем термометра некоего Корнелиуса Дреббеля. Это был уроженец Голландии, увлекавшийся алхимией и утверждавший, что сконструировал вечный двигатель. Не убедив собрание алхимиков и ученых мужей Праги в своем изобретении, Дреббель был брошен в темницу по приказу императора. В одном из его трудов, действительно, содержится описание работы термометра, благодаря чему Леверкон, возможно, назвал его автором открытия.
После Галилея
Ученые XVII - XVIII веков знали о термоскопе и искали способы его улучшить. Первая известная его схема была сделана Джузеппе Бьянкани в
1617 году. В 1638 году Роберт Фладд изобразил термометр в виде вертикальной трубы, закрытой сверху колбой с воздухом. Нижнее её отверстие уходило в сосуд с водой. Уровень жидкости в трубе зависел от расширения и сжатия воздуха.
Самую серьезную модификацию термометра в эту эпоху сделал Фердинанд II, великий герцог Тосканы из династии Медичи, прославившийся покровительством науке. Он и сам не чуждался научных занятий. Медичи взял обычный термометр, заполнил его до определенного предела спиртом, а затем запечатал расплавленным стеклом. Новый термометр не зависел от атмосферного давления.
Фаренгейт
Габриэль Фаренгейт родился в 1686 году в Данциге в купеческой семье. Рано потеряв родителей, он оставил коммерцию ради науки и путешествий. Занимаясь метеорологией, Фаренгейт усовершенствовал термометр и разработал в течение многих лет шкалу для измерения температуры.
Он начал опыты в 1706 году, сначала использовал в своих опытах спирт, но потом решил, что ртуть даст более точные показания. В 1724 году Фаренгейт закончил жидкостный термометр. Он сумел добиться относительной точности показаний, установив несколько точек, температура которых известна, и разделив расстояние, которое было между ними.
В 1730 - 1740-е годы в термометрах использовались также шкалы, разработанные Делилем и Реомюром. В 1742 году швед Андреас Цельсий разработал новую шкалу измерения температуры, которая завоевала большую популярность.
При ответе на вопрос "Кто изобрел термометр?" стоит признать первенство Галилея. Остальные ученые дорабатывали именно его модель и создали привычный нам градусник.
Термометр Галилея представляет собой запаянный стеклянный цилиндр, наполненный жидкостью, в которой плавают стеклянные сферические сосудики-буйки. К каждому такому сферическому поплавку прикреплена снизу золотистая или серебристая бирка с выбитым на ней значением температуры. В зависимости от размера термометра количество поплавков внутри бывает от 3-х до 11-ти. В настоящее время термометр представляет эстетическую ценность в качестве эффектного предмета интерьера.
Содержание
История изобретения
Название происходит от имени итальянского физика Галилео Галилея, который в 1592 году изобрел термоскоп, ставший прародителем всех термометров. Согласно одним источникам, сам Галилей имел весьма косвенное отношение к созданию этого прибора, который чаще используется в качестве сувенира [1] , по другим данным, мир этим изобретением конца 16 века обязан именно Галилею [2] [3] [4] .
Принцип действия
Поплавки по-разному наполнены жидкостью таким образом, что их средняя плотность различна: самая маленькая плотность у верхнего, самая большая – у нижнего, но у всех близка к плотности воды, отличаясь от неё незначительно. С понижением температуры воздуха в помещении соответственно понижается температура воды в сосуде, вода сжимается, и плотность её становится больше. Известно, что тела, плотность которых меньше плотности окружающей их жидкости, всплывают в ней. При понижении температуры в помещении плотность жидкости в цилиндре увеличивается и шарики поднимаются вверх один за другим, при повышении - опускаются. Такой эффект достигается за счет очень высокой точности изготовления термометров. Все шарики калибруются по температуре всплытия в интервале 0,4 °С. Диапазон температур, измеряемых термометром, находится в районе комнатной температуры: 16-28°, шаг: 1 °С. Текущее значение температуры определяется по нижнему из всплывших шариков.
См. также
Примечания
- ↑Термометр Галилея
- ↑Histoire littéraire d'Italie, Volume 11 Par P. L. Ginguené,Francesco Saverio Salfi
- ↑Inventions
- ↑The origin of meteorology goes back to 350 BC
- Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
- Проставив сноски, внести более точные указания на источники.
- Измерительные приборы
- Интерьер
- Дизайн
Wikimedia Foundation . 2010 .
Полезное
Смотреть что такое "Термометр Галилея" в других словарях:
Термометр — (греч. θέρμη тепло; μετρέω измеряю) прибор для измерения температуры воздуха, почвы, воды и так далее. Существует несколько видов термометров: жидкостные механические электрические оптические газовые инфракрасные Содержание … Википедия
Термометр — Термометр: 1 резервуар с ртутью; 2 капилляр, по положению ртути в котором отсчитывают показания; 3 шкала. ТЕРМОМЕТР (от термо. и греческого metreo измеряю), прибор для измерения температуры посредством его контакта с исследуемой средой. Первые… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Термометр* — 1) История T. Изобретателем Т. надо считать Галилея: в его собственных сочинениях нет описания этого прибора, но ученики Галилея, Нелли и Вивиани, свидетельствуют, что уже в 1597 г. он устроил нечто вроде термобароскопа. Галилей изучал в это… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Термометр — 1) История T. Изобретателем Т. надо считать Галилея: в его собственных сочинениях нет описания этого прибора, но ученики Галилея, Нелли и Вивиани, свидетельствуют, что уже в 1597 г. он устроил нечто вроде термобароскопа. Галилей изучал в это… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Галилей, Галилео — Галилео Галилей Galileo Galilei Портрет Галилео Галилея (1635) кисти … Википедия
Важнейшие открытия в физике — История технологий По периодам и регионам: Неолитическая революция Древние технологии Египта Наука и технологии древней Индии Наука и технологии древнего Китая Технологии Древней Греции Технологии Древнего Рима Технологии исламского мира… … Википедия
научная революция — Общая характеристика Отрезок времени примерно от даты публикации работы Николая Коперника Об обращениях небесных сфер (De Revolutionibus), т.е. с 1543 г., до деятельности Исаака Ньютона, сочинение которого Математические начала натуральной… … Западная философия от истоков до наших дней
Развитие естествознания в Западной Европе в XVI и первой половине XVII в. — В XVI и особенно в первой половине XVII в. в развитии науки наступает . В ходе упорной борьбы со схоластикой и религиозным мировоззрением вырабатываются новые, научные методы исследования явлений природы и делаются открытия, заложившие фундамент… … Всемирная история. Энциклопедия
История физики — История науки … Википедия
Хронология изобретений человечества — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей … Википедия
Читайте также: