Ciecz w szkle Zasada działania termometru szklanego

Ciecz w szkle Zasada działania termometru szklanego

Termometr szklany z cieczą jest najczęściej używanym urządzeniem do pomiaru temperatury, niedrogim w produkcji i łatwym w użyciu.

Termometr szklany z cieczą posiada szklaną bańkę przymocowaną do zamkniętej szklanej rurki (zwanej również trzonem lub rurką kapilarną).

Bardzo cienki otwór, zwany otworem, znajduje się w bańce i rozciąga się w dół środka rurki.

Bańka jest zwykle wypełniona rtęcią lub alkoholem o czerwonym zabarwieniu i ma swobodę rozszerzania się i unoszenia w górę rurki, gdy temperatura wzrasta, oraz kurczenia się i przemieszczania w dół rurki, gdy temperatura spada.

W termometrach szklanych (LIG) elementem termoczułym jest ciecz zawarta w szklanej powłoce z podziałką.

Zasadą pomiaru temperatury jest pozorna rozszerzalność cieplna cieczy.

Typowy termometr cieczowy w szkle jest pokazany na rysunku poniżej.

Tło szklanej rurki jest pokryte białą emalią, a przód szklanej rurki tworzy szkło powiększające, które powiększa słup cieczy i ułatwia odczyt temperatury.

Na rysunku poniżej (po lewej) przedstawiony jest termometr szklany ze skalą wytrawioną na trzonie.

Termometry szklane z cieczą są kruche i do użytku przemysłowego termometr jest montowany w obudowie ochronnej, a skala jest wygrawerowana na oddzielnej płytce, która jest częścią obudowy ochronnej.

Termometr przemysłowy pokazano na rysunku poniżej (po prawej).

Składa się on głównie z:

• Bańki, która działa jako pojemnik na ciecz roboczą, w którym może się ona łatwo rozszerzać lub kurczyć.
• Trzonu, „szklanej rurki zawierającej maleńką kapilarę połączoną z bańką i rozszerzoną u dołu w bańkę, która jest częściowo wypełniona cieczą roboczą”.
• Skala temperatury, która jest zasadniczo wstępnie ustawiona lub odciśnięta na trzpieniu w celu wyświetlania odczytów temperatury.
• Punkt odniesienia, tj. punkt kalibracji, który najczęściej jest punktem lodu.
• Ciecz robocza, która jest zasadniczo albo rtęcią albo alkoholem.
• Gaz obojętny, głównie argon lub azot, który jest wypełniony wewnątrz termometru powyżej rtęci w celu ograniczenia jej ulatniania się.

Ciecze stosowane w termometrach szklanych

Zalety

Następujące główne zalety związane ze stosowaniem termometrów szklanych z cieczą:

• Są one stosunkowo tańsze niż inne urządzenia do pomiaru temperatury.
• Są poręczne i wygodne w użyciu.
• W przeciwieństwie do termometrów elektrycznych, nie wymagają zasilania ani baterii do ładowania.
• Mogą być często stosowane w miejscach, gdzie występuje problem z elektrycznością.
• Zapewniają bardzo dobrą powtarzalność, a ich kalibracja pozostaje bez zmian.

Ograniczenia

Użycie termometrów cieczowych w szkle ma również następujące ograniczenia:

• Uważa się je za nieodpowiednie do zastosowań związanych z ekstremalnie wysokimi lub niskimi temperaturami.
• Nie mogą być stosowane w regionach, w których pożądane są bardzo dokładne wyniki.
• W porównaniu z termometrami elektrycznymi są bardzo słabe i delikatne. Dlatego muszą być traktowane z wyjątkową ostrożnością, ponieważ mogą się złamać.
• Poza tym, nie mogą zapewnić cyfrowych i zautomatyzowanych wyników. Stąd ich zastosowanie jest ograniczone do obszarów, w których wystarczający jest tylko odczyt ręczny, np. termometr domowy.
• „Odczyty temperatury powinny być odnotowywane natychmiast po wyjęciu, ponieważ na termometr szklany może mieć wpływ temperatura otoczenia, ciepło wytwarzane przez trzymającą go rękę, czyszczenie itp. Temperatura ta powinna być zanotowana, ponieważ termometr szklany nie umożliwia odtworzenia zmierzonej temperatury.”
• Odczytywanie temperatury za pomocą termometrów szklanych wymaga doskonałego wzroku.
• Płynny element zawarty w termometrze szklanym może być niebezpieczny lub ryzykowny dla zdrowia ze względu na potencjalne wycieki chemiczne.
• Termometry te wyświetlają temperaturę w skali Celsjusza lub Fahrenheita. Tak więc, konwersja temperatury będzie konieczna, jeśli odczyt temperatury ma być w jakiejś innej skali.

Typy termometrów z cieczą w szkle

Istnieją dwa główne typy termometrów z cieczą w szkle, które są wymienione poniżej:

1. Termometry rtęciowe
2. Termometry alkoholowe

Termometry rtęciowe

Ten typ termometru został opracowany przez pochodzącego z Niemiec fizyka o nazwisku Daniel Gabriel Fahrenheit.

Składa się on z rtęci jako cieczy wypełnionej w szklanej rurce. Na ciele szklanej rurki znajdują się kalibrowane znaki, które ułatwiają odczyt temperatury.

Bańka jest utworzona na jednym końcu termometru, który zawiera największą część rtęci.

Rozszerzanie i kurczenie się tego rozmiaru rtęci jest następnie dalej zwiększane w niezwykle cienkim otworze szklanej rurki. Pomaga to w zwiększeniu czułości termometru.

Na ogół obszar nad rtęcią jest wypełniony gazami obojętnymi, takimi jak azot. Jednakże obszar ten można również pozostawić próżniowym.

Dostępne są różne typy termometrów rtęciowych w szkle. „Termometr maksymalny jest unikalnym rodzajem termometru rtęciowego, który działa poprzez zwężenie w szyjce blisko bańki.

Rtęć jest wypychana przez zwężenie siłą ekspansji, gdy temperatura wzrasta. Kiedy następuje spadek temperatury, słup rtęci pęka w przewężeniu i nie może powrócić do bańki i pozostanie nieruchomy w rurce.”

Za pomocą termometru maksymalnego można zmierzyć maksymalną temperaturę w określonym przedziale czasu.

Resetowanie termometru maksymalnego jest bardzo prostym procesem, który wymaga jedynie ostrego wychylenia termometru.

Punkt zamarzania rtęci wynosi – 38,83°C, przy którym ulega ona zestaleniu. Jednakże, nie powoduje ona ekspansji po zestaleniu i dlatego nie ma niebezpieczeństwa pęknięcia szkła w rurce termometru.

Gdy temperatura wzrasta, azot wypełniony powyżej rtęci w szklanej rurce zazwyczaj schodzi w dół kolumny i utknął tam.

To całe działanie może wpłynąć na funkcjonowanie termometru. Aby zapobiec tej trudności, należy zarządzać termometrami rtęciowymi, gdy temperatura spadnie do – 37°C.

W obszarach, gdzie górna granica temperatury wynosi – 38,83°C, można zastosować termometr ze stopu rtęci i talu o temperaturze krzepnięcia – 61°C.Temperatura krzepnięcia wynosi – 61,1°C.

Termometry alkoholowe

Termometry alkoholowe zastępują w wielu zastosowaniach termometry rtęciowe.

Stosuje się w nich alkohol jako ciecz wypełniającą rurki szklane. Zakres pomiaru temperatury termometrów alkoholowych waha się od 115°C do 785°C, gdzie pierwszy jest punktem zamarzania alkoholu, a drugi punktem wrzenia alkoholu.

Typowy termometr do uzyskiwania odczytów temperatury otoczenia musi mieć zakres temperatury od -20°F do 120°F, tj.tj. -30°C do 50°C.

Alkohol, będący substancją lotną, może spowodować rozejście się kolumny w termometrze na skutek wstrząsu mechanicznego.

Kolumna może zostać ponownie połączona poprzez upadek termometru na drewnianą powierzchnię pokrytą dużą ilością arkuszy papieru. „Trzymaj termometr w pozycji pionowej, końcówką bańki w dół, 4 do 6 cali nad drewnianą powierzchnią pokrytą papierem, a następnie upuść.

Po uderzeniu bańki termometru o papier złap termometr drugą ręką, aby zapobiec jego stłuczeniu. Małe ilości alkoholu mogą przylgnąć do części rurki kapilarnej znajdującej się powyżej kolumny z alkoholem.”

Wysokotemperaturową część termometru można ogrzać pod lampą żarową, co spowoduje zejście alkoholu do kolumny.

Można również zamontować termometr pionowo na noc, co pozwoli na odciąganie alkoholu z powrotem do kolumny.

Ten termometr nigdy nie powinien być stosowany z podzieloną kolumną cieczy, ponieważ generalnie prowadzi to do nieprawidłowych pomiarów temperatury.

Also Read : What is Temperature ?