伽利略溫度計

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Galileo Thermometer.jpg

伽利略溫度計(英文:Galileo thermometer)是一種溫度計,由玻璃圓筒、透明液體及不同密度的重物所構成。當溫度改變時,液體的密度會隨之改變,使得懸浮的重物上下移動,直到與周圍的液體密度相等。密度最低的重物會在最頂部,最高的在最底部。每個重物都掛著刻有數字的金屬圓盤,讀取周遭溫度時,找懸浮在頂部最底端的重物。

運作原則[编辑]

Galileo Thermometer closeup.jpg

伽利略溫度計的運作原理是浮力。浮力一般是指物體在液體或氣體中所產生向上的托力,是製小船能漂浮的原因(當然,一支鋼製棒子是會下沉的)。液體中的物體漂浮與否,取決於物體本身的重量,以及放入水中時物體排開液體的重量。[1]。如果物體的重量小於排開液體重,就會浮在水上;大於排開液體重就會下沉;如果相等,則會懸浮在液體中。

圖一

如果有兩個物體,都是邊長10cm 的正方體,那麼兩者都會排開1公斤的水。也就是說,在水中時的浮力就會等於1公斤。左圖咖啡色物體會漂浮是因排開液體重(因一半沉在水中所以是0.5公斤)等於物體的重量。右圖綠色物體會下沉是因排開液體重,也就是浮力,少於物體的重量。

圖二

圖二中空的物體,重量變成0.5公斤,但能排開液體的體積跟原本一樣,所以會跟圖一咖啡色物體時相同結果。以上的例子,物體漂浮的液體是水,密度為1kg/L,因此上面每一個能排開液體的重量都是1公斤。伽利略發現了液體的密度會隨溫度稍微改變,溫度升高時,液體密度會減少,這正是伽利略溫度計運作的主要關鍵。

圖三

圖三的綠色物體重量是1公斤。左圖,液體的密度為1.001 kg/L。因為水能夠被排開的重量(1.001公斤)大於物體的重量,所以它浮在水面上。右圖,液體的密度為0.999 kg/L。這時,水能夠被排開的重量(0.999公斤)比物體的重量小,浮力不足以支撐其重力,所以就沉到了底部。由此可看出,密度微小的變化也能夠造成懸浮在液體中的物體下沉。

伽利略溫度計中,每個小玻璃球裝有不同顏色的液體。液體的成分不影響溫度計的運作,顏色只是裝飾用。玻璃吹製密封後,小玻璃球的等效密度就由下掛的金屬圓盤來調正。因為玻璃球的體積是固定的,溫度造成內部的氣體、液體膨脹都不會造成顯著的影響。周遭的透明液體不是水,而是一些密度隨溫度改變比水還大的一些有機溶液。(如乙醇)

圖四

圖四是伽利略溫度計在不同溫度時示意圖。(圖中溫度單位是華氏)。 如果有一些玻璃球在頂部,一些在底部,一個浮在中間(圖四的左圖),那麼浮在中間的就是周遭的溫度(綠色的76°F)。 如果都沒有浮在中間的(圖四的右圖),那麼可以取上面和下面兩端溫度的平均值,也可以直接讀取上面最下方的溫度。

注釋[编辑]

  1. ^ 表面張力也可能使物體漂浮,例如細小的

參見[编辑]

外部鏈接[编辑]